JP5015532B2

JP5015532B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP5015532B2
Application number: JP2006250103A
Authority: JP
Inventors: 文人増渕
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2026-09-14
Also published as: JP2008068542A

Description

本発明は、静電潜像の形成を直接電荷書き込みにより行なう新規な電子写真プロセスを使用する普通紙複写機、普通紙ファクシミリ、ページプリンタなどの画像形成装置に関するものである。

従来から、電子写真プロセスを使用する画像形成装置における潜像形成には、カールソン方式、イオン流ヘッド方式、マルチスタイラス方式、フォトスタイラス方式などが知られている（例えば、特許文献１乃至５参照）。
カールソン方式は潜像担持体に光導電性材料を用いているために潜像担持体の寿命が短いという欠点がある。また、特許文献１及び２には、イオン流ヘッドを用いて、潜像担持体上に画像情報に応じてイオン流を照射することにより、静電潜像を作成して画像の記録を行うイオン流ヘッド方式が開示されている。
イオン流で静電潜像を直接形成するので、潜像担持体として、光導電材料の代りに、より耐久性の高い絶縁材料を用いることが可能である。しかし、このイオン流ヘッド方式では、静電潜像が作る反発電界によって潜像が太り、高解像度記録を行うことが困難である。

特許文献３及び４には、針電極を多数配列した構成の、いわゆるマルチスタイラスを潜像担持体表面近傍に配し、画像情報に応じた針電極と潜像担持体との間に電圧を印加し、放電するか又は潜像担持体の誘電体層等に分極を誘発することにより、潜像担持体上に静電潜像を直接書き込むマルチスタイラス方式が開示されている。
このマルチスタイラス方式は、イオン流方式と同じく、潜像担持体として、光導電材料の代りに、より耐久性の高い絶縁材料を用いることが可能である。しかし、針電極は、汚れ付着や、先端部の欠損・摩耗などを起こし易く、信頼性に乏しい。とくに、高解像度記録を行なうと、針電極の寸法も相応に小さくする必要が有るため、信頼性がとくに不足する。
特許文献５には、マルチスタイラスの代わりに光の“針”を用いるフォトスタイラス方式が開示されている。この方式は短波長の光束内に発生する電離した経路を通して、帯電電極から潜像担持体上に選択的に放電し、潜像を形成するので、針電極の持つ欠点を解消可能である。
特開昭５４−７８１３４号公報特開昭５９−１６４１５４号公報特開昭６２−２２９２６２号公報実開平５−２６３９９号公報特開２００３−１６２１７８公報

しかしながら、フォトスタイラス方式は、短波長の光で潜像担持体上にラスタスキャンしているので、この方法により現行電子写真並みの印刷速度を得ようとすると、１画素あたりの光照射時間が短いために光束内の電離が困難で、光源の大出力化などが必要になる。
また、ポリゴンミラーでスキャンする場合は、その工作精度から、ミラーの面によって微妙に光の反射角度が異なってしまうため、ミラー１回転周期で主・副の両走査方向に光束がぶれる。そのため、帯電電極の特定の同一位置に光を反復照射することが困難で、放電量が変動して潜像にムラを起こし易い。
フォトスタイラス方式における課題の１つとして帯電電極の特定の位置に安定して光を照射するためには、発光手段から電極までの光束の経路上に、ポリゴンミラーのような位置変動原因となる要素を置かないことが必要と考えられる。具体的には、ＭＥＭＳミラーやカー効果等を用いた新規のスキャン方式に変えるか、液晶シャッタやＬＥＤアレイのように光の方向を変えずにスキャンする露光手段を用いることなどが考えられる。

一方で、近年はＬＥＤの短波長対応が進み、最近では青色のみならず近紫外発光ＬＥＤまで市販されている。そこで、従来からあるＬＥＤアレイと同様に短波長ＬＥＤアレイのデバイスを構成することが、新規のスキャン方式を試すよりも現実的であると考えられる。
このデバイスを潜像担持体に対向させて配置し、かつ、各画素の光束の経路上に帯電電極を配置できれば、光束の位置変動は著しく軽減される。また、都合の良いことに、短波長ＬＥＤアレイを用いれば、光学的にスキャンする方式に比べて１画素あたりの光照射時間を桁違いに長く取ることができる。
そこで、本発明の目的は、上述した実情を考慮して、フォトスタイラス方式を改良し、１画素あたりの光照射時間を維持しつつ印刷速度を向上し、帯電電極の特定の位置に安定して光を照射することを可能にする潜像形成を有する画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像に対してトナーを供給することによりトナー像を形成する現像装置と、を備えた画像形成装置において、前記潜像形成手段は、前記潜像担持体と対向する位置に配置される帯電電極と、前記帯電電極の近傍に列状に配置される発光手段と、を少なくとも有し、前記発光手段から発せられた光束を前記帯電電極を経由して前記潜像担持体に照射することで前記光束内の空気を電離させ、前記帯電電極及び前記潜像担持体間の前記光束に沿った経路に電圧を印加して放電を生じさせることにより前記潜像担持体上に静電潜像を形成し、画像の有無に拘わらず前記帯電電極と前記潜像担持体上の全画素領域との間に放電を生じさせることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、前記発光手段はＬＥＤである請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記帯電電極と前記潜像担持体との間に印加する電圧に交番電圧を重畳し、前記発光手段の発光時期及び前記交番電圧の位相とを画素単位で選択的に同期させる請求項１又は２記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、前記潜像担持体に加熱部材を接触させて転写及び熱定着とを同時に行う請求項１乃至３何れか一項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、定着工程前に、前記加熱部材によって前記潜像担持体表面を予備的に加熱することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置を特徴とする。

本発明によれば、光源と帯電電極とを一体のデバイスとすることが可能な構成にして、光源から発する光束と帯電電極との位置関係を固定化し、変動の少ない放電を可能にすることにより、１画素あたりの光照射時間を維持しつつ印刷速度を向上し、高解像度、高耐久、高信頼性を有する画像形成装置を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明による画像形成装置を示す概略図である。図１の画像形成装置Ａには、時計回りに回転するドラム形状の潜像担持体１、この潜像担持体１の周囲に配置される潜像形成装置２、現像装置８、転写定着装置９、クリーニング装置１０、予備加熱装置１１及び冷却装置１２が配置されている。
図１において、ドラム形状の潜像担持体１が時計回り方向に回転し、潜像担持体１の表面が潜像形成装置２、現像装置８、予備加熱装置１１及び転写定着装置９の順に通過することにより、図示しない給紙装置からの記録紙７上にトナー定着画像を形成する。
さらに、転写定着装置９を通過した後の潜像担持体１表面は、冷却装置１２及びクリーニング装置１０を通過することにより、再び、静電潜像形成可能な状態に復帰する。

図２は潜像形成装置２を潜像担持体ドラム軸に平行な断面で見た模式図である。図３は図２の１画素分を抜き出した拡大図である。図１に略示した潜像形成装置２について、さらに、図２及び図３を用いて説明する。
図３に示したように、潜像形成装置（潜像形成手段）２は発光手段５と集光手段６、そして帯電電極３で構成されている。発光手段５から発した短波長の光束４は、集光装置６によって潜像担持体１表面上で微小スポットを形成するように集光され、帯電電極３を経由して潜像担持体１の表面に達する。

特許文献５に記載されているように、短波長の光束は光束内の空気を電離するため、その周囲よりも放電が容易な経路を形成する。そこで、帯電電極３と潜像担持体１の間に電圧を印加することによって、光束４を経由して帯電電極３と潜像担持体１の間で放電が生じ、光束４の微小スポット形状に沿った帯電領域が潜像担持体１上に形成される。
発光手段５としては、ＬＥＤを用いることが考えられる。現状でも単体で近紫外線の発光が可能であり、かつ小型なので配列を形成して個別の画素に対応させることも容易である。
発光手段５の配列は、例えば、図２に示すように、主走査方向に１列に並べられる。同時に集光手段６及び帯電電極３も各発光手段５に対応した位置に配置される。１つ１つの発光手段５がそれぞれ主走査方向の１画素に対応する。図２では一列の発光手段５を示している。

図４は複数列に配置した発光手段５を説明する概略図である。図２では発光手段５が１列しか記載されていないが、図４に示すように発光手段を２次元状に並べることも考えられる。２次元状の配列としては、例えば、千鳥配列にすることによって主走査方向の画素密度の向上、潜像形成の高速化、画素位置の微小補正などに有効である。
集光手段６としては既存のＬＥＤアレイで一般的に用いられているセルフォックレンズが考えられるが、その他にも、レンズや凹面鏡など、屈折式・反射式を問わず潜像担持体上に光束の微小スポットを形成する手段であれば、すべて使用可能である。

図５は帯電電極の実施の形態を示す概略図である。帯電電極３は、短波長の光束４の経路上で、かつ潜像担持体１に対向する位置に配置される。帯電電極３の実施の形態としては、図５の（ａ）〜（ｃ）に示したようなものが考えられる。
図５（ａ）は帯電電極３にスリット３ａが開けられた実施の形態を示している。発光手段５はこのスリット３ａに沿って一列に並べられ、各発光手段５から発する短波長の光束４はその一部分が帯電電極３に当たるか、又は帯電電極近傍をかすめるようにしてスリット３ａを通過する。発光手段５を２次元状に配列する場合は、スリットを複数本設ける。
図５（ｂ）は、帯電電極３に、一列に並んだ発光手段５から発する一つ一つの光束の形状と位置にそれぞれ対応した穴３ｂが開けられた実施の形態を示している。
やはり、各発光手段５から発する短波長の光束４はその一部分が帯電電極３に当たるか、又は帯電電極近傍をかすめるようにして穴３ｂを通過させ、また発光手段５を２次元状に配列する場合は、穴の列を複数本設ける。穴の形状は、図５（ｂ）では円形になっているが、多角形や星型のような形状も考えられる。

図５（ｃ）は、透明な帯電電極３である。ＩＴＯのような透明な導電性材料が単独または透明支持体表面に膜形成された形態を想定している。もちろん、導電性材料の膜が潜像担持体表面に対向するように配置されることは言うまでも無い。
以上のような構成の潜像形成装置２を用いた場合、１画素あたりの光照射時間を従来よりも桁違いに長く取れるために光束内の電離も進み易くなり、その結果、従来よりも波長の長い光でも潜像形成に用いることが可能となる。
電離の度合いは光の出力や温湿度にも依存するが、潜像形成が可能な波長の限度はおよそ５００〜５５０ｎｍ付近（青緑色〜緑色）である。
また、１画素あたりの光照射時間が長いことから、帯電電極３と潜像担持体１の間に印加する電圧に交番電圧を重畳し、発光手段５の発光時期と交番電圧の位相、すなわち、潜像の極性や電位の設定を画素単位で選択的に同期させることも可能である。
さらに、画像の有無に拘わらず潜像担持体上の全画素領域に放電することにより、すなわち、地肌部分にも放電を行うことにより、潜像形成工程前の潜像担持体の帯電履歴（帯電状態）に影響されずに、潜像を上書きすることが可能になる。

図６は帯電電極と潜像担持体との間に印加される電圧の時間推移を模式的に示す図である。交番電界を重畳した潜像形成の例を図６を用いて説明する。図６では、副走査方向の１画素を走査する時間内に、矩形波４パルスが重畳された電圧が印加されている。
パルスの最大電圧はＶ_H、最小電圧はＶ_Lとする。ここである画素Ａでは、Ｖ_Hに同期して光照射する期間２０で光照射を行い、別の画素ＢではＶ_Lに同期して光照射する期間２１で光照射を行うことにより、それぞれＶ_HとＶ_Lに対応した電位で画素の潜像を形成される。
これにより、潜像に階調を与えることが可能となるほか、さらに、ブランクの画素（あるいは地肌）をすべて画素Ｂとみなして、全画素領域で放電させて潜像形成することができる。
図６においてはＶ_HとＶ_Lはともに０Ｖよりも高い位置にあり、同じ極性で示されているが、図６においてＶ_Lを０Ｖよりも下に移動させて、Ｖ_HとＶ_Lを互いに異なる極性とすることもできる。これは潜像の上書きをする時に有効である。Ｖ_L＝０Ｖも考えられる。

再び、図１を参照して、本発明に係る画像形成装置の説明を続ける。現像装置８に関しては、図１では磁気ブラシ現像のイメージで描かれているが、これに限定せず従来の電子写真と同様の各種現像装置を用いることができる。
転写定着装置９では、記録紙７を介して潜像担持体１上のトナー像を加熱し、トナーが溶融することで記録紙７にトナー像を転写かつ定着させている。静電転写の諸問題（チリや逆転写など）を回避し、元画像に忠実な転写と定着が可能となる。
本発明では潜像担持体材料の選択自由度が高いので、耐熱性の高い材料を選択することにより、潜像担持体上のトナー像をその場で加熱することが可能となる。トナーを潜像担持体１表面上で部分的に溶融させて、定着時のチリ発生を防止する。
これは、潜像担持体１が光導電性材料を必要とせず、上述したように、材料選択の自由度が高いために、ポリイミドや無機材料などの耐熱性の高い材料も用いることができることによって可能となる。
このようなトナー像を転写かつ定着を可能にする潜像担持体の構成として一例を挙げると、金属基体上に誘電体材料からなる薄層、さらにその上にテフロン（登録商標）やシリコン等の撥水・撥油性材料の薄層を形成したものなどが考えられる。

転写定着装置９では、熱的に転写を行うことにより静電転写で問題となるチリ等の欠陥を軽減できるが、予備加熱装置１１を用いて潜像担持体１上のトナー像を予備的に加熱し、トナーの少なくとも一部を溶融・凝集させると、チリ等の欠陥をさらに軽減できる。
予備加熱装置１１における加熱方法としては、図１ではハロゲンヒータで潜像担持体１表面を非接触加熱する方法を採っているが、その他に、誘導加熱・誘電加熱に代表される電磁的な非接触加熱方式も考えられる。
また、潜像担持体１の内側から加熱することも考えられ、その場合には前記非接触加熱方法に加えて、セラミックヒータ等を潜像担持体１裏面に接触させる加熱方法も考えられる。

転写定着装置９を通過直後の潜像担持体１表面は、余熱で１００度前後の高温を保っている。この余熱が他のプロセスに悪影響を与える場合は、潜像担持体１表面を冷却装置１２によって、所定の熱量だけ、又は所定の温度に下がるまで冷却する。
冷却の方法としては、金属ローラなどの熱伝導性の高い部材を潜像担持体１に接触させる、空気や粉体などを潜像担持体１に衝突させる、音響や磁気を使うなどが考えられる。
転写定着装置９を通過後の潜像担持体１表面は、従来の電子写真装置と同様に転写残トナーや紙粉によって汚れていて、これを取り除くためにクリーニング装置１０が必要になる。図１ではブレードによるクリーニング装置として描かれているが、その他に、磁気ブラシ、ファーブラシ、フェルトなどによって掻き取りことが考えられる。

本発明による画像形成装置を示す概略図。潜像形成装置を潜像担持体ドラム軸に平行な断面で見た模式図。図２の１画素分を抜き出した拡大図。複数列配置の発光手段を説明する概略図。帯電電極の幾つかの実施の形態を示す概略図。帯電電極と潜像担持体との間に印加される電圧の時間推移を模式的に示す図。

符号の説明

Ａ画像形成装置、１潜像担持体、２潜像形成手段（潜像形成装置）、３帯電電極、４短波長の光束、５発光手段、６集光手段、７記録紙、８現像装置、９転写定着装置、１０クリーニング装置、１１加熱部材（予備加熱装置）、１２冷却装置、２０Ｖ_Hに同期して光照射する期間、２１Ｖ_Lに同期して光照射する期間

Claims

静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像に対してトナーを供給することによりトナー像を形成する現像装置と、を備えた画像形成装置において、
前記潜像形成手段は、前記潜像担持体と対向する位置に配置される帯電電極と、前記帯電電極の近傍に列状に配置される発光手段と、を少なくとも有し、前記発光手段から発せられた光束を前記帯電電極を経由して前記潜像担持体に照射することで前記光束内の空気を電離させ、前記帯電電極及び前記潜像担持体間の前記光束に沿った経路に電圧を印加して放電を生じさせることにより前記潜像担持体上に静電潜像を形成し、画像の有無に拘わらず前記帯電電極と前記潜像担持体上の全画素領域との間に放電を生じさせることを特徴とする画像形成装置。
前記発光手段は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
前記帯電電極と前記潜像担持体との間に印加する前記電圧に交番電圧を重畳し、前記発光手段の発光時期及び前記交番電圧の位相とを画素単位で選択的に同期させることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記潜像担持体に加熱部材を接触させて転写及び熱定着とを同時に行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の画像形成装置。
定着工程前に、前記加熱部材によって前記潜像担持体表面を予備的に加熱することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。