JP4782511B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、板状またはフィルム状の対象物上にトナー画像を形成する技術、および、カラーフィルタに関する。

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いる。カラーフィルタを製造する手法として、例えば、透明な基板上にフォトリソグラフィ技術を用いて感光性樹脂から形成されたパターンを染色する染色法や、顔料等の色素を分散した感光性樹脂を利用する顔料分散法、基板上に透明導電層（例えば、ITO（Indium-Tin-Oxide：酸化インジウムスズ））のパターンを形成して電着により着色パターンを形成する電着法、あるいは、凹版法、凸版法、シルクスクリーン法等によりインクを基板上に直接印刷する印刷法が知られている。

しかしながら、これらの手法は、煩雑なフォトリソグラフィプロセスを伴うことによりカラーフィルタの製造に長時間を要したり、カラーフィルタのセルの形状や配列に大きな制約が生じたり、あるいは、カラーフィルタの要求精度を満たすために高精度かつ高価なパターン原板や極めて特殊な技術が必要となる等のいずれかの問題を少なくとも有している。

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（例えば、特許文献１ないし４参照）。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で、また、廃材がほとんど生じないため低コストで所望のセル形状や配列のカラーフィルタを製造することが可能となる。また、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外周面にトナー画像を形成し、感光ドラム上のトナーをガラス基板に転写する印刷装置も提案されており、このような印刷装置では、高価なパターン原板を必要とせず、カラーフィルタのパターンを示すデジタルの画像データからカラーフィルタを直接製造することができる。感光ドラム上のトナー画像を対象物上に転写する手法としては、感光ドラムからの電界転写による直接転写法や、中間転写体を用いる間接転写法があり、間接転写法では圧力転写や熱転写等の手法を用いることも可能であるが、高精度に転写を行うには電界転写が好ましいことが知られている。
特開昭４８−１６５２９号公報 特開昭５６−６９６０４号公報 特開昭５６−１１７２１０号公報 特開昭６３−２３４２０３号公報

ところで、感光ドラム上のトナー画像をガラス基板上に電界転写にて転写する際には、通常、所定の転写電位がガラス基板の感光ドラムとは反対側の主面に付与されるが、ガラス基板の感光ドラム側の主面の実際の電位はガラス基板の静電容量（キャパシタンス）に依存するため、効率良く転写を行うには大きな転写電位を付与する必要がある。しかしながら、大きな転写電位を付与すると、転写位置近傍において感光ドラムとガラス基板との間の間隙にて電界が局所的に高くなって放電が発生し、トナー画像が乱れてしまう。また、感光ドラム上のトナー画像を、一旦中間転写体に転写して、その後ガラス基板上に転写する場合においても、同様の問題が生じる。したがって、不必要に大きな転写電位を付与することなく効率よく転写を行う新規な手法が求められる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、外周面上に転写前のトナー画像が形成される環状部材から絶縁性の対象物上にトナー画像を効率よく転写することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、板状またはフィルム状の対象物上にトナー画像を形成する画像形成装置であって、主面上に導電性または半導電性の補助膜が一様に形成された絶縁性の対象物を保持する保持部と、前記対象物の前記補助膜側に設けられるとともに、電子写真法にて形成された転写前のトナー画像を外周面上に有する円筒ドラム状または平ベルト状の環状部材を前記外周面に沿って循環移動するトナー画像保持部と、前記外周面と前記補助膜とが最も接近する転写位置における前記補助膜の部位を、前記転写位置における前記外周面の部位と同じ速度にて同じ進行方向に移動する移動機構と、前記転写位置において前記外周面上のトナー画像を前記対象物に転写する際に、前記補助膜に常時当接して電位を付与することにより、前記補助膜の前記部位と前記外周面の前記部位との間に所定の転写電圧を作用させる電位付与部とを備え、前記補助膜に付与される電位が、前記転写位置の近傍における前記補助膜と前記外周面との間のエアギャップに作用する電界を前記エアギャップの破壊電界未満とする値である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像形成装置であって、前記対象物および前記補助膜が透明であり、前記対象物上への転写後のトナー画像がカラーフィルタのフィルタ層である。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の画像形成装置であって、前記補助膜上、または、前記主面と前記補助膜との間に、ブラックマトリクスが形成されている。

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画像形成装置であって、前記トナー画像が前記外周面上の静電潜像に液体トナーが付与されて形成される。

請求項５に記載の発明は、板状またはフィルム状の対象物上にトナー画像を形成する画像形成方法であって、主面上に導電性または半導電性の補助膜が一様に形成された絶縁性の対象物を準備する準備工程と、前記対象物の前記補助膜側に設けられるとともに、電子写真法にて形成された転写前のトナー画像を外周面上に有する円筒ドラム状または平ベルト状の環状部材を前記外周面に沿って循環移動する循環移動工程と、前記循環移動工程に並行して、前記外周面と前記補助膜とが最も接近する転写位置における前記補助膜の部位を、前記転写位置における前記外周面の部位と同じ速度にて同じ進行方向に移動する移動工程と、前記移動工程に並行して、電位付与部が前記補助膜に常時当接して電位を付与することにより、前記補助膜の前記部位と前記外周面の前記部位との間に所定の転写電圧を作用させて前記外周面上のトナー画像を前記対象物に転写する転写工程とを備え、前記補助膜に付与される電位が、前記転写位置の近傍における前記補助膜と前記外周面との間のエアギャップに作用する電界を前記エアギャップの破壊電界未満とする値である。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像形成方法であって、前記対象物および前記補助膜が透明であり、前記対象物上への転写後のトナー画像がカラーフィルタのフィルタ層である。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の画像形成方法であって、前記補助膜上、または、前記主面と前記補助膜との間に、ブラックマトリクスが形成されている。

請求項８に記載の発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載の画像形成方法であって、前記トナー画像が前記外周面上の静電潜像に液体トナーが付与されて形成される。

本発明によれば、環状部材の外周面上のトナー画像を絶縁性の対象物上に効率よく転写することができる。

また、転写位置近傍において環状部材と対象物との間のエアギャップにて放電が生じることを防止して、環状部材から対象物上にトナー画像を精度よく転写することができる。

また、請求項２、３、６および７の発明では、カラーフィルタを容易に製造することができ、請求項３および７の発明では、ブラックマトリクスを有するカラーフィルタを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印刷装置であり、トナー画像が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等の平面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３色のトナーにそれぞれ対応する３つの画像形成装置１と定着装置とが一列に設けられる。

画像形成装置１は、図１中の（＋Ｚ）側の主面（上面）に透明かつ導電性の補助膜（例えば、ITO膜）が一様に形成（成膜）された透明なガラス基板９を吸引吸着にて保持するステージ２１、定盤１１上に設けられるとともに図１中のＹ方向へとステージ２１を水平に移動する基板移動機構２２、ステージ２１上のガラス基板９の補助膜側に設けられるとともに電子写真法にて感光ドラム上にＲ、Ｇまたは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、および、ガラス基板９上の補助膜に所定の電位を付与する電位付与部４を備える。例えば、ガラス基板９の厚さは０．３〜０．７ミリメートル（ｍｍ）であり、補助膜の厚さは０．５〜１マイクロメートル（μｍ）であり、実際には、補助膜上には格子状のブラックマトリクスが形成されている。図１ではガラス基板９上の補助膜およびブラックマトリクスを１本の太線にて表している。

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る直径２５０ｍｍの感光ドラム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、感光ドラム３１の直径は２５０ｍｍには限定されないが、好ましくは２００ｍｍ以上４００ｍｍ以下とされる。また、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に、例えば、アモルファスシリコン等の無機感光体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３３、感光体３１２上に形成された静電潜像に液体トナー（例えば、イソパラフィン系の絶縁性の溶媒（キャリア液）に分散している湿式トナー）を付与して現像する現像部３４、感光体３１２の表面をクリーニングするクリーナ３５、並びに、光を出射して感光体３１２を除電する除電器３６が配置される。なお、現像部３４は現像液である液体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、ステージ２１上のガラス基板９の上面は感光体３１２の部位の移動経路上において現像部３４とクリーナ３５との間にて感光体３１２の外周面に最も接近する。後述するように、感光体３１２の外周面上のトナーは感光体３１２とガラス基板９上の補助膜とが最も接近する位置にてガラス基板９上に転写されるため、以下の説明において、感光体３１２の外周面とガラス基板９上の補助膜とが最も接近する位置を転写位置と呼ぶ。転写位置はプロセスユニット３に対して相対的に固定された位置となる。

電位付与部４は、転写位置の（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側にそれぞれ配置される２つの電位付与ローラ４１を有し、電位付与ローラ４１は電極の周囲を導電性ゴム等にて覆うことにより形成される。図２は、電位付与ローラ４１の配置を説明するための図であり、（＋Ｚ）側から（−Ｚ）方向を向いて画像形成装置１を見た様子を示している。図２では感光ドラム３１を除いて、プロセスユニット３の各構成の図示を省略し、さらに、ガラス基板９から内側のみを図示している。図２に示すように、（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の電位付与ローラ４１は感光ドラム３１の（−Ｘ）側に配置されており、各電位付与ローラ４１は図示省略の支持部材により感光ドラム３１の回転軸Ｊ１に平行な軸を中心に回転可能に支持される。ガラス基板９上において、ブラックマトリクスは図２中の破線にて示す転写領域９０（すなわち、トナー画像が転写される領域）内のみに形成されており、電位付与ローラ４１はガラス基板９の上面の全体に形成される補助膜に直接当接する。実際には、ガラス基板９は図２中の（−Ｙ）側から（＋Ｙ）方向に向かって移動するため、ガラス基板９の（＋Ｙ）側の端部が転写位置に位置する間は（−Ｙ）側の電位付与ローラ４１のみがガラス基板９上の補助膜に当接し、ガラス基板９の（−Ｙ）側の端部が転写位置に位置する間は（＋Ｙ）側の電位付与ローラ４１のみがガラス基板９上の補助膜に当接する。したがって、トナーの転写時において（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側の電位付与ローラ４１の少なくとも一方が、ガラス基板９の補助膜に常時当接することとなる。図１に示すように、各電位付与ローラ４１の電極には電圧源４２が接続され、所定の電位が電位付与ローラ４１を介してガラス基板９上の補助膜に付与される。

図３は基板移動機構２２の構成を示す図であり、図１中の（−Ｙ）側から（＋Ｙ）方向を向いて基板移動機構２２を見た場合の様子を示している。図３に示す基板移動機構２２は、定盤１１上において、Ｘ方向に並んで設けられるとともにそれぞれがＹ方向に伸びる２つのガイドレール２３１を有する。ステージ２１には、各ガイドレール２３１に対向する位置にスライダ２３２が設けられ、各スライダ２３２にエア供給部２３３から高圧のエアが供給されてスライダ２３２がガイドレール２３１に非接触にて係合し、ステージ２１がＹ方向に移動可能に支持される。また、基板移動機構２２はリニアモータ２４をさらに有し、リニアモータ２４の固定体２４１は定盤１１上に固定され、移動体２４２はステージ２１に取り付けられる。そして、リニアモータ２４を駆動することにより、ステージ２１がＹ方向に滑らかに移動する。

図４は、画像形成装置１がガラス基板９上にトナー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の画像形成装置１では、まず、外部の装置にて上面上に補助膜およびブラックマトリクスが予め形成されたガラス基板９がステージ２１に載置されて準備される（ステップＳ１０）。続いて、感光ドラム３１が回転軸Ｊ１を中心に時計回り（図１中の矢印７１が示す回転方向）に一定の回転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Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ）。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を中心とする円筒ドラム状の感光体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３３、現像部３４、クリーナ３５および除電器３６）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。

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、例えば（＋７００）ボルト（Ｖ）にて一様に帯電させる（ステップＳ１２）。帯電後の対象部位は潜像形成部３３の光の照射位置へと連続的に移動する。潜像形成部３３は、所定の波長の光を出射する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が配列されたもの（ＬＥＤアレイ）を光源として有する。潜像形成部３３には、カラーフィルタのパターンを示す画像から生成された各色成分の画像データのうち、このプロセスユニット３のトナーの色に対応する画像データが入力され、この画像データに応じて画像形成用の光が感光体３１２に向けて出射される。感光体３１２の対象部位において光が照射された部位は、表面に帯電した電荷が感光体３１２内に移動して除去される（ただし、表面電位は帯電直後における電位よりも減少するが、０Ｖとはならない。）。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）。潜像形成部３３の光源は、必ずしもＬＥＤである必要はなく、例えば、半導体レーザや、ランプと液晶シャッタとを組み合わせたもの等であってもよい。

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３４に対向する位置へと移動し、現像部３４の現像ローラ３４１により液体トナー（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、感光体３１２の表面と同じ極性である正に帯電したトナーは感光体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。なお、感光体３１２上の帯電した部位に帯電したトナーが付着するようにされてもよい。

その後、対象部位は、感光ドラム３１の回転に同期して移動するガラス基板９の上面に最も接近する転写位置へと到達し、転写位置では対象部位は感光ドラム３１の回転速度に応じた速度（すなわち、感光ドラム３１の外周面の回転軸Ｊ１に垂直な断面における接線方向の速度）にて正確に（＋Ｙ）方向へと移動する。また、基板移動機構２２によりガラス基板９も転写位置における対象部位と同じ速度にて、対象部位の進む方向と同じ（＋Ｙ）方向を進行方向として上面に沿って移動しており、転写位置の極近傍において対象部位に対向するガラス基板９の部位の位置が対象部位に対して相対的に固定される。このとき、ガラス基板９の補助膜には、電位付与部４の電位付与ローラ４１により所定の電位が付与されており、これにより、転写位置において対象部位とガラス基板９上の補助膜との間の間隙（例えば、幅１０〜２０μｍの微小な間隙）には転写電圧が作用して、この間隙に対象部位から補助膜へと向かう電界が発生する。その結果、感光体３１２の対象部位上の正のトナーがガラス基板９上の補助膜へと移動する（ステップＳ１５）。なお、ガラス基板９上にトナーを転写する様子については、画像形成装置１における全体動作の説明後に詳述する。

対象部位は、クリーナ３５の位置へと続けて移動し、クリーナ３５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３６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の処理は感光体３１２上の各部位に対してほぼ並行して行われ、転写位置へと順次到達する感光体３１２の各部位に対しても連続的に処理が行われるため、最終的には感光体３１２の外周面上のトナー画像全体が転写位置においてガラス基板９上に転写されることとなる。そして、ガラス基板９の全体への印刷が終了すると、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２２が停止され、画像形成装置１による印刷処理が終了する（ステップＳ１６ａ，Ｓ１６ｂ）。これにより、ガラス基板９の転写領域９０の全体に一の色のトナー画像が形成される。

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を示す断面図である。図５に示すようにカラーフィルタ８は、絶縁性を有する透明なガラス基板であるフィルタ本体８０、フィルタ本体８０の主面上に一様に形成されるとともに導電性を有する透明な補助膜８１、および、補助膜８１上にカラートナーが付与されることにより形成された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本体８０上に二次元に配列して有する。図５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、補助膜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）を仕切る網目状のブラックマトリクス８３が形成されており、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用の画像形成装置、Ｇ用の画像形成装置およびＢ用の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。このように、画像形成装置１によるガラス基板９上への転写後のトナー画像がカラーフィルタ８のフィルタ層８２（の一部）となる。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）のパターンが別途形成される。

次に、画像形成装置１の転写位置近傍における等価回路モデルについて図６を参照して説明を行う。以下の説明において、図１の感光体３１２の外周面とガラス基板９上の補助膜との間の転写位置近傍の空間であって、エアが介在する部分をエアギャップと呼ぶ。また、上述のように、トナーはガラス基板９上のブラックマトリクスが形成されていない領域に転写されるため、ブラックマトリクスの存在は無視するものとする。

図１の画像形成装置１では、転写位置近傍において絶縁性となっている感光体３１２が接地されたドラム本体３１１に接続し、導電性の補助膜が電圧源４２に接続し、感光体３１２と補助膜との間にはエアギャップが存在するため、転写位置近傍における等価回路モデルは、感光体３１２およびエアギャップをそれぞれ置き換えた２つのコンデンサ（図６中にてそれぞれ符号ｐ１，ａ１を付す。）、および、電位付与部４を置き換えた電源（図６中にて符号ｗ１を付す。）にて表すことができる。

ここで、コンデンサに蓄積される電荷量Ｑは、当該コンデンサの静電容量Ｃ（キャパシタンス）と当該コンデンサに作用する電圧ΔＶとの積にて表され（すなわち、（Ｑ＝Ｃ×ΔＶ）、図６中の２つのコンデンサｐ１，ａ１に蓄積される電荷量は等しいため、コンデンサｐ１，ａ１の静電容量をそれぞれＣ_ｐ１，Ｃ_ａ１、電源ｗ１により付与される電位をＶ_１、コンデンサｐ１，ａ１間の位置の電位をＶ_α１とすると、数１に示す関係が得られる。

数１を変形することにより、コンデンサｐ１，ａ１間の位置の電位Ｖ_α１は数２にて表される。

また、コンデンサａ１の極板間の電界強度Ｅ_ａ１は、コンデンサａ１の極板間の距離をｄ_ａ１として、電源ｗ１により付与される電位Ｖ_１、コンデンサｐ１，ａ１間の位置の電位Ｖ_α１を用いて数３にて表される。

上記数１ないし数３において、静電容量Ｃ_ｐ１は感光体３１２の静電容量に、静電容量Ｃ_ａ１はエアギャップの静電容量に、電位Ｖ_１は電位付与部４により補助膜に付与される電位に、電界強度Ｅ_ａ１はエアギャップに作用する電界強度に、距離ｄ_ａ１はエアギャップの幅（すなわち、Ｚ方向に関する感光体３１２と補助膜との間の距離）にそれぞれ等しい。なお、感光体３１２に作用する電界強度（コンデンサｐ１の極板間の電界強度）Ｅ_ｐ１は、感光体３１２の厚さ（コンデンサｐ１の極板間の距離）をｄ_ｐ１として、コンデンサｐ１，ａ１間の位置の電位Ｖ_α１を用いて、（Ｅ_ｐ１＝Ｖ_α１／ｄ_ｐ１）と表される。

一方で、比較例として仮に図１の画像形成装置１において電位付与部４を省略し、導電性のステージを介して所定の電源からガラス基板の下面に電位を付与する場合について考える。比較例の画像形成装置の転写位置近傍における等価回路モデルは、図７に示すように感光体、エアギャップおよびガラス基板をそれぞれ置き換えた３つのコンデンサ（図７中にてそれぞれ符号ｐ０，ａ０，ｇ０を付す。）、および、電源（図７中にて符号ｗ０を付す。）にて表すことができる。図７の等価回路モデルにおいて、３つのコンデンサｐ０，ａ０，ｇ０に蓄積される電荷量は等しいため、コンデンサｐ０，ａ０，ｇ０の静電容量をそれぞれＣ_ｐ０，Ｃ_ａ０，Ｃ_ｇ０、電源ｗ０により付与される電位をＶ_０、コンデンサｐ０，ａ０間の位置の電位をＶ_α０、コンデンサａ０，ｇ０間の位置の電位をＶ_β０とすると、数４に示す関係が得られる。なお、静電容量Ｃ_ｐ０は感光体の静電容量に、静電容量Ｃ_ａ０はエアギャップの静電容量に、静電容量Ｃ_ｇ０はガラス基板の静電容量に、電位Ｖ_０は電源からガラス基板の下面に付与される電位にそれぞれ等しい。

数４から、コンデンサｐ０，ａ０間の位置の電位Ｖ_α０およびコンデンサａ０，ｇ０間の位置の電位Ｖ_β０は、数５として求められる。

また、比較例の画像形成装置においてエアギャップに作用する電界強度（コンデンサａ０の極板間の電界強度）Ｅ_ａ０は、エアギャップの幅（コンデンサａ０の極板間の距離）をｄ_ａ０として、コンデンサｐ０，ａ０間の位置の電位Ｖ_α０およびコンデンサａ０，ｇ０間の位置の電位Ｖ_β０を用いて数６にて表される。

なお、比較例の画像形成装置において感光体に作用する電界強度（コンデンサｐ０の極板間の電界強度）Ｅ_ｐ０は、感光体の厚さ（コンデンサｐ０の極板間の距離）をｄ_ｐ０としてコンデンサｐ０，ａ０間の位置の電位Ｖ_α０を用いて、（Ｅ_ｐ０＝Ｖ_α０／ｄ_ｐ０）と表され、ガラス基板に作用する電界強度（コンデンサｇ０の極板間の電界強度）Ｅ_ｇ０は、ガラス基板の厚さ（コンデンサｇ０の極板間の距離）をｄ_ｇ０として電源により付与される電位Ｖ_０、コンデンサａ０，ｇ０間の位置の電位Ｖ_β０を用いて、（Ｅ_ｇ０＝（Ｖ_０−Ｖ_β０）／ｄ_ｇ０）と表される。

ところで、エアギャップにおいて放電が生じる境界条件を示すものとしてパッシェンカーブが知られている。図８は、画像形成装置１におけるパッシェンカーブを示す図であり、図８中の縦軸はエアギャップに作用する電界強度を示し、横軸は転写位置からのＹ方向の距離を示している。パッシェンカーブは、ある幅のエアギャップにおいて放電が生じる際の電界強度のしきい値を示すものであり、図８では破線にてパッシェンカーブ６０を図示している。画像形成装置１では、転写位置からＹ方向に離れるに従ってエアギャップの幅が漸次増大し、図８中のパッシェンカーブ６０が示す電界強度は転写位置からの距離に依存して小さくなっている。転写位置近傍のある位置（注目位置）に注目した場合に、転写位置から注目位置までのＹ方向の距離と、注目位置に実際に作用する電界強度とにより特定される図８中の位置が、パッシェンカーブ６０よりも上側の領域に含まれる場合には、注目位置にてエアギャップに放電が発生する。なお、ある幅Ｄのエアギャップにおいて放電が生じる際のしきい値を、エアギャップに作用する電圧Ａで表した場合には、本実施の形態では（Ａ＝３１２＋６．２Ｄ）（ただし、Ｄ＞１０［μｍ］）と表される。

ここで、画像形成装置１のエアギャップに作用する電界強度Ｅ_ａ１が、転写位置近傍のいずれの位置においてもパッシェンカーブ６０の下側の領域に含まれるという条件を満足するとともに、転写位置（転写位置からの距離が０の位置）において最大の電界強度が作用するように、電位付与部４から補助膜に電位を付与した場合には、転写位置近傍のエアギャップに作用する電界強度は、数３より図８中の符号６１を付す線にて示すようになる。なお、後述するように、実際には転写位置の極近傍には液体トナーのキャリア液が満たされているが、図８中の線６１（並びに、後述する線６２，６３）の図示の際には、転写位置の極近傍においてもエアギャップが存在するものとしている。

また、転写位置において、比較例の画像形成装置のエアギャップに作用する電界強度Ｅ_ａ０が、画像形成装置１のエアギャップに作用する電界強度Ｅ_ａ１の値と一致するように、比較例の画像形成装置において、電源からガラス基板の下面に電位を付与した場合には、転写位置近傍のエアギャップに作用する電界強度は、数６より図８中の符号６２を付す線にて示すようになる。

既述のように、転写位置からＹ方向に離れるに従ってエアギャップの幅は漸次増大するため、線６１，６２共に転写位置からの距離に依存して電界強度が小さくなるが、画像形成装置１と比較例の画像形成装置とではエアギャップに作用する電圧が相違するため、線６１，６２間で転写位置からの距離に対する電界強度の減少率が大きく異なる。具体的には、画像形成装置１ではガラス基板９上の補助膜の電位が転写位置からの距離に依存せず一定となるため、エアギャップに作用する電圧も一定となる。これに対し、比較例の画像形成装置では、感光体の外周面と電源から電位が付与されるガラス基板の下面との間に作用する電圧がエアギャップとガラス基板とに、各部位の静電容量の逆数の比にて分配されるため、転写位置からＹ方向に離れるに従ってエアギャップの幅が漸次増大してエアギャップの静電容量が減少することにより、エアギャップに作用する電圧は増大する。したがって、画像形成装置１では、比較例の画像形成装置よりも転写位置からの距離に対する電界強度の減少率が大きくなり、エアギャップにおいて放電が生じることが防止（抑制を含む。）される。

図８中の線６２では、転写位置からの距離が０〜１０ｍｍの範囲にて電界強度がパッシェンカーブ６０よりも大きくなっており、比較例の画像形成装置においてこの範囲でエアギャップに放電が発生してしまう。また、比較例の画像形成装置のエアギャップに作用する電界強度が、転写位置近傍のいずれの位置においてもパッシェンカーブ６０の下側の領域に含まれるという条件を満足するとともに、転写位置において最大の電界強度が作用するように、電源からガラス基板の下面に電位を付与した場合には、転写位置近傍のエアギャップに作用する電界は、図８中の符号６３を付す線にて示すようになる。この場合、転写位置近傍におけるエアギャップにて放電が生じることを防止することはできるが、転写位置における電界強度（すなわち、転写電界強度）が、線６１にて示す画像形成装置１における転写電界強度よりも小さくなってしまい、トナーの転写効率が低くなってしまう。

なお、本実施の形態における画像形成装置１では、実際には転写位置からの距離が０〜約１．０ｍｍの範囲が、液体トナーのキャリア液にて満たされているため、仮に、この範囲内において電界強度がパッシェンカーブ６０が示す値よりも大きくなっていたとしても、感光体３１２の外周面とガラス基板９の補助膜との間にて放電が発生することはない。このような観点では、画像形成装置１では、転写位置近傍の感光体３１２の外周面とガラス基板９の補助膜との間においてエアギャップが存在する位置（すなわち、キャリア液が満たされない部分）に作用する電界強度がパッシェンカーブ６０の下側の領域に含まれておればよい。

次に、トナーの転写時の様子について説明する。図９．Ａおよび図９．Ｂは画像形成装置１におけるトナーの転写時の様子を説明するための図である。図９．Ａではトナーの転写直前の様子を抽象的に示しており、図９．Ｂでは感光体３１２の外周面上のトナーのうち表面の極微量のトナーのみがガラス基板９の補助膜８１上に転写された直後の様子を抽象的に示している。なお、図９．Ａおよび図９．Ｂでは、内部に「＋」を付す丸にてトナーの粒子を示すとともに、トナーはガラス基板９上のブラックマトリクスが形成されていない領域に転写されるため、ブラックマトリクスの存在を無視し、さらに、説明の便宜上、感光体３１２の外周面とガラス基板９上の補助膜８１との間の間隔を大きく図示している（後述する図１０．Ａおよび図１０．Ｂにおいて同様）。

図９．Ａに示すトナーの転写直前では、感光体３１２の外周面とガラス基板９の補助膜８１との間には図９．Ａ中に符号７２を付す矢印にて示す向きに電界が作用しており、このときの電界強度Ｅ_ｉ０は、転写電圧（感光体３１２の外周面と補助膜８１との間の電位差）をΔＶ_０、感光体３１２の外周面とガラス基板９の補助膜８１との間の距離をｄとして、数７にて表される。

そして、感光体３１２の外周面上のトナーのうち表面の極微量のトナーのみがガラス基板９の補助膜８１上に転写された直後では、図９．Ｂに示すように、ガラス基板９の補助膜８１上に、トナーによる薄い層が形成されることとなる。ここで、トナーによる層が薄い絶縁層であると考えた場合に、図９．Ｂに示す状態において、感光体３１２の外周面とトナーによる絶縁層の表面との間にて、矢印７２にて示す向きに感光体３１２上のトナー（転写前のトナー）に作用する電界強度Ｅ_ｉ１は、転写電圧をΔＶ_０、トナーによる絶縁層（コンデンサと捉えることができる。）に蓄積される電荷をＱ_ｔ、トナーによる絶縁層の静電容量をＣ_ｔ、感光体３１２の外周面とガラス基板９の補助膜８１との間の距離をｄとして、数８にて表される。

次に、前述した比較例の画像形成装置におけるトナーの転写時の様子について述べる。図１０．Ａおよび図１０．Ｂは比較例の画像形成装置におけるトナーの転写時の様子を説明するための図である。図１０．Ａではトナーの転写直前の様子を抽象的に示しており、図１０．Ｂでは感光体９２の外周面上のトナーのうち表面の極微量のトナーのみがガラス基板９１上に転写された直後の様子を抽象的に示している。なお、図１０．Ａおよび図１０．Ｂではガラス基板９１の下面に電位を付与する保持部９３も図示している。

図１０．Ａに示すトナーの転写直前では、感光体９２の外周面とガラス基板９１との間には図１０．Ａ中に符号７３を付す矢印にて示す向きに電界が作用しており、このときの電界強度は図９．Ａの場合と同様である。そして、図９．Ｂの場合と同様に、感光体９２の外周面上のトナーのうち表面の極微量のトナーのみがガラス基板９１上に転写された直後では、図１０．Ｂに示すように、ガラス基板９１上にトナーによる薄い絶縁層が形成されることとなり、感光体９２の外周面とトナーによる絶縁層の表面との間にて、矢印７３にて示す向きに感光体９２上のトナーに作用する電界強度Ｅ_ｉ２は、転写電圧（感光体９２の外周面とガラス基板９１の表面との間の電位差）をΔＶ_０、トナーによる絶縁層およびガラス基板９１のそれぞれ（コンデンサと捉えることができる。）に蓄積される電荷をＱ_ｔ、トナーによる絶縁層の静電容量をＣ_ｔ、ガラス基板９１の静電容量をＣ_ｇ、感光体９２の外周面とガラス基板９１との間の距離をｄとして、数９にて表される。

ここで、数８の右辺および数９の右辺を比較すると、１／Ｃ_ｔが１／Ｃ_ａよりも小さいため、同じ転写電圧を作用させた場合に同量のトナーが転写された直後の状態において、画像形成装置１における転写位置にて感光体３１２上のトナーに作用する電界強度が比較例の画像形成装置よりも大きくなることが判る。例えば、ガラス基板の厚さが０．７ｍｍである場合に、画像形成装置１および比較例の画像形成装置において、転写途上におけるトナーによる絶縁層の厚さが同じであるときには、画像形成装置１の転写位置での電界強度は、比較例の画像形成装置の約３５０倍となり、画像形成装置１ではトナーの転写に利用されるエネルギを極めて大きくすることが可能となる。

以上に説明したように、図１の画像形成装置１では、主面上に補助膜が形成されたガラス基板９が準備され、電位付与部４により補助膜に電位が付与されることにより、転写位置における補助膜の部位と転写位置における感光体３１２の外周面の部位との間に転写電圧が作用して、外周面上のトナー画像がガラス基板９に転写される。これにより、ガラス基板に補助膜を設けることなく、ガラス基板の下面から電位を付与して感光体上のトナー画像を転写する場合に比べて、転写途上におけるガラス基板上のトナー層に起因する電界強度の低下を抑制して、不必要に大きな電位を付与することなく感光体３１２の外周面上のトナー画像を絶縁性のガラス基板９上に効率よく転写することが実現される。

画像形成装置１では、ガラス基板９の補助膜に付与される電位が、転写位置の近傍における補助膜と感光体３１２の外周面との間のエアギャップに作用する電界強度を、パッシェンカーブにて示されるエアギャップの破壊電界未満とする値とされる。これにより、転写位置近傍において、感光体３１２とガラス基板９との間のエアギャップにて放電が生じて転写直前の感光体３１２の外周面上のトナー画像、または、転写直後のガラス基板９の上面上のトナー画像が乱されることを防止することができ、その結果、ガラス基板９上にトナー画像を精度よく転写することができる。なお、画像形成装置１では、転写位置において、感光体３１２の外周面がガラス基板９の上面と当接する場合であっても、転写位置近傍においてエアギャップに放電が生じることを防止して、ガラス基板９上にトナー画像を精度よく転写することが可能である。

また、ガラス基板９の補助膜上にブラックマトリクスが予め形成されない場合において、カラーフィルタの要求精度によっては、画像形成装置１によりブラックマトリクスを形成することも可能である。この場合、ブラックマトリクス形成用の画像形成装置が準備され、電位付与部４により補助膜に電位を付与しつつ、感光体の外周面上に形成されたＫの色のトナー画像がガラス基板９上に効率よく転写され、ブラックマトリクスが容易に形成される。

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１１は他の例に係る画像形成装置１ａの構成を示す図である。図１１の画像形成装置１ａでは、中間転写体２５１を有する中間転写部２５が設けられ、感光ドラム３１上のトナー画像は中間転写体２５１を介してガラス基板９上に転写される。具体的には、中間転写体２５１は誘電材料にて形成される平ベルト状の環状部材とされ、２つのローラ２５２ａ，２５２ｂに外接して設けられる。一方のローラ２５２ａにはモータが接続され、モータが駆動することにより中間転写体２５１が感光ドラム３１のトナー画像が形成された部位に当接しつつ外周面に沿って循環移動する。また、他方のローラ２５２ｂには直流電源２５３が接続される。図１１の画像形成装置１ａでは、潜像形成部３３や現像部３４等により感光体３１２上に形成されたトナー画像が、ローラ２５２ｂを介して付与される電位により循環移動する中間転写体２５１上に転写される。そして、トナー画像が形成された中間転写体２５１の部位は補助膜が形成されたガラス基板９へと送られ、電位付与部４により補助膜に所定の電位が付与され、転写位置近傍における放電を防止しつつ中間転写体２５１上のトナー画像がガラス基板９上に効率よく転写される。なお、図１１の画像形成装置１ａでは画像形成時にガラス基板９は図１１中の（−Ｙ）方向へと移動する。

以上のように、画像形成装置では、感光ドラム３１または中間転写部２５が、外周面上にガラス基板９への転写前のトナー画像が形成される円筒ドラム状または平ベルト状の環状部材を外周面に沿って循環移動するトナー画像保持部としての動作を行うことにより、ガラス基板９への転写対象であるトナー画像が転写位置へと送られてガラス基板９上に転写される。

ガラス基板９上の補助膜に電位を付与する電位付与部４は、電位付与ローラ４１以外に例えば、ブラシ等を利用して補助膜に電位を付与するものであってもよい。また、転写位置において、感光体３１２の外周面とガラス基板９上の補助膜との間に転写電圧が作用するのであれば、電位付与部４によりガラス基板９の補助膜に付与される電位は接地電位であってもよい。この場合、電圧源４２は省略可能である。

また、基板移動機構２２は、ガラス基板９を保持する保持部であるステージ２１を移動するもの以外であってもよい。例えば、ステージ２１に替えて複数のローラに外接する環状ベルトが設けられ、いずれかのローラにモータが接続されて環状ベルトがこれらのローラの周囲を経由して循環移動することにより、環状ベルト上に保持されるガラス基板を感光体３１２の外周面に最も接近する転写位置にて環状の感光体３１２（または、中間転写体２５１）の接線方向に移動する移動機構が設けられてもよい。さらに、後述するように画像形成装置における処理の対象物がフィルム状である場合には、転写位置にて感光ドラム３１に対向する位置に配置されるローラ、および、このローラを回転するモータがそれぞれ保持部および移動機構として設けられ、ローラが転写位置近傍にて対象物を小さな曲率にて湾曲させてその表面に沿って移動させてもよい。この場合、転写位置における対象物の補助膜の部位が、転写位置における感光体３１２の外周面の部位と同じ速度にて同じ方向に移動し、感光ドラム３１と対象物との間の間隙の幅が、転写位置における感光ドラム３１の接線方向に沿って転写位置から離れるに従って急激に増大することにより、転写位置近傍においてエアギャップに放電が生じることがより安定して防止される。なお、画像形成装置の設計によってはガラス基板９を固定し、プロセスユニットおよび電位付与部を一体的にガラス基板９に対してＹ方向に移動させてガラス基板９上にトナー画像を形成することも可能である。

画像形成装置では、粉体のトナー（すなわち、キャリア液に分散することなく帯電したトナー）を用いることも可能であるが、転写位置の近傍において感光体３１２の外周面とガラス基板９の補助膜との間における放電の発生をより確実に防止するという観点では、画像形成装置にて形成されるトナー画像は、感光体３１２の外周面上の静電潜像に液体トナーを付与することにより形成されることが好ましい。

上記実施の形態では、ガラス基板９上に導電性の補助膜（例えば表面抵抗率が１０^３Ω／□未満）が形成されるが、表面抵抗率が１０^３Ω／□以上１０^６Ω／□以下となる半導電性の補助膜がガラス基板上に形成されている場合であっても、電位付与部４からの電位の付与により補助膜が瞬時に一定の電位となるため、画像形成装置ではトナー画像の転写を効率よく行うことが実現される。また、ガラス基板９上にブラックマトリクスを予め形成する場合において、ブラックマトリクスがガラス基板９の上面と補助膜との間に形成されていてもよい。

画像形成装置では、トナー画像をガラス基板９上に効率よくかつ精度よく転写して、高精度なカラーフィルタを容易に製造することが実現されるが、フィルム状の透明な対象物上にトナー画像が転写されてカラーフィルタが製造されてもよい。また、画像形成装置はカラーフィルタの製造以外の用途に用いられてもよく、画像形成装置においてトナー画像が転写される対象物は、主面上に補助膜が形成されたものであるならば、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板状の絶縁部材や、フィルム状の絶縁部材であってもよい。この場合、処理の対象物および対象物上に形成される補助膜は必ずしも透明である必要はない。

画像形成装置の構成を示す図である。 電位付与ローラの配置を説明するための図である。 基板移動機構の構成を示す図である。 ガラス基板上にトナー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。 画像形成装置の転写位置近傍における等価回路モデルを示す図である。 比較例の画像形成装置における等価回路モデルを示す図である。 転写位置からの距離と電界強度との関係を示す図である。 トナーの転写時の様子を説明するための図である。 トナーの転写時の様子を説明するための図である。 比較例の画像形成装置におけるトナーの転写時の様子を説明するための図である。 比較例の画像形成装置におけるトナーの転写時の様子を説明するための図である。 画像形成装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１，１ａ 画像形成装置
４ 電位付与部
８ カラーフィルタ
９ ガラス基板
２１ ステージ
２２ 基板移動機構
２５ 中間転写部
３１ 感光ドラム
８０ フィルタ本体
８１ 補助膜
８２ フィルタ層
８３ ブラックマトリクス
２５１ 中間転写体
３１２ 感光体
Ｓ１０，Ｓ１１ａ，Ｓ１１ｂ，Ｓ１５ ステップ

Claims (8)

1. 板状またはフィルム状の対象物上にトナー画像を形成する画像形成装置であって、
   主面上に導電性または半導電性の補助膜が一様に形成された絶縁性の対象物を保持する保持部と、
   前記対象物の前記補助膜側に設けられるとともに、電子写真法にて形成された転写前のトナー画像を外周面上に有する円筒ドラム状または平ベルト状の環状部材を前記外周面に沿って循環移動するトナー画像保持部と、
   前記外周面と前記補助膜とが最も接近する転写位置における前記補助膜の部位を、前記転写位置における前記外周面の部位と同じ速度にて同じ進行方向に移動する移動機構と、
   前記転写位置において前記外周面上のトナー画像を前記対象物に転写する際に、前記補助膜に常時当接して電位を付与することにより、前記補助膜の前記部位と前記外周面の前記部位との間に所定の転写電圧を作用させる電位付与部と、
   を備え、
   前記補助膜に付与される電位が、前記転写位置の近傍における前記補助膜と前記外周面との間のエアギャップに作用する電界を前記エアギャップの破壊電界未満とする値であることを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置であって、
   前記対象物および前記補助膜が透明であり、前記対象物上への転写後のトナー画像がカラーフィルタのフィルタ層であることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２に記載の画像形成装置であって、
   前記補助膜上、または、前記主面と前記補助膜との間に、ブラックマトリクスが形成されていることを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置であって、
   前記トナー画像が前記外周面上の静電潜像に液体トナーが付与されて形成されることを特徴とする画像形成装置。
5. 板状またはフィルム状の対象物上にトナー画像を形成する画像形成方法であって、
   主面上に導電性または半導電性の補助膜が一様に形成された絶縁性の対象物を準備する準備工程と、
   前記対象物の前記補助膜側に設けられるとともに、電子写真法にて形成された転写前のトナー画像を外周面上に有する円筒ドラム状または平ベルト状の環状部材を前記外周面に沿って循環移動する循環移動工程と、
   前記循環移動工程に並行して、前記外周面と前記補助膜とが最も接近する転写位置における前記補助膜の部位を、前記転写位置における前記外周面の部位と同じ速度にて同じ進行方向に移動する移動工程と、
   前記移動工程に並行して、電位付与部が前記補助膜に常時当接して電位を付与することにより、前記補助膜の前記部位と前記外周面の前記部位との間に所定の転写電圧を作用させて前記外周面上のトナー画像を前記対象物に転写する転写工程と、
   を備え、
   前記補助膜に付与される電位が、前記転写位置の近傍における前記補助膜と前記外周面との間のエアギャップに作用する電界を前記エアギャップの破壊電界未満とする値であることを特徴とする画像形成方法。
6. 請求項５に記載の画像形成方法であって、
   前記対象物および前記補助膜が透明であり、前記対象物上への転写後のトナー画像がカラーフィルタのフィルタ層であることを特徴とする画像形成方法。
7. 請求項６に記載の画像形成方法であって、
   前記補助膜上、または、前記主面と前記補助膜との間に、ブラックマトリクスが形成されていることを特徴とする画像形成方法。
8. 請求項５ないし７のいずれかに記載の画像形成方法であって、
   前記トナー画像が前記外周面上の静電潜像に液体トナーが付与されて形成されることを特徴とする画像形成方法。

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