JP2000233501A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インク薄層から飛翔するインク滴を小さくし
て画像の高解像度化を図る。 【解決手段】 本発明の画像形成装置は、感光体ドラム
に対向する外周面がインク薄層で覆われたインク担持ロ
ーラを備えている。インク担持ローラの導電性の表面に
は多数の微小な突起部４０を形成してある。これら突起
部４０には感光体ドラム上の静電潜像とは異なる極性の
所定電圧が印加されている。インク担持ローラ上の突起
部４０の高さをｈ１、突起部４０上のインク層の厚みを
ｈ２、突起部４０間におけるインク層の厚みをｈ３とし
たとき、 （ｈ１＋ｈ２−ｈ３）／（ｈ１＋ｈ２）≧０．１ を満たすようにインク薄層３６を形成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インク担持体上を
覆って形成された導電性インク薄層から潜像担持体上の
静電潜像または記録電極に印加される記録電圧に応じて
インクを飛翔させ、この飛翔インクを記録媒体に間接ま
たは直接に付着させて画像を形成する画像形成装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インク担持体上に形成された導電
性インク薄層から、クーロン力によりインクを潜像担持
体上の静電潜像に転移させて現像し、この現像により形
成されたインク画像を用紙等の記録媒体に転写すること
により画像を形成する装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の画像形成装置
では、インク担持体から潜像担持体に向けて飛翔するイ
ンク滴を小さくして潜像担持体および記録媒体上でのド
ット径を小さくすることが、高解像度の画像を形成する
うえで非常に重要である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決するために、インク担持体上を覆って形成され
た導電性インク薄層から潜像担持体上の静電潜像または
記録電極に印加される記録電圧に応じてインクを飛翔さ
せ、この飛翔インクを記録媒体に間接または直接に付着
させて画像を形成する画像形成装置において、上記イン
ク担持体の導電性の表面に多数の微小な突起部を形成
し、これら突起部に上記静電潜像または上記記録電圧と
は異なる極性の所定電圧を印加するとともに、上記イン
ク担持体上の突起部の高さをｈ１、上記突起部上のイン
ク層の厚みをｈ２、上記突起部間におけるインク層の厚
みをｈ３としたとき、 （ｈ１＋ｈ２−ｈ３）／（ｈ１＋ｈ２）≧０．１ を満たすように上記インク薄層を形成したことを特徴と
する。

【０００５】

【発明の作用及び効果】本発明の画像形成装置によれ
ば、インク担持体表面の突起部には静電潜像または記録
電圧とは異なる極性の所定電圧が印加されている。この
状態でインク担持体が例えば潜像担持体上の静電潜像と
対向すると、静電誘導により各突起部の先端に潜像電位
とは逆極性の電荷が集中的に誘起され、この電荷が各突
起部上の導電性インク薄層に注入される。このように注
入された導電性インク薄層の電荷と静電潜像の電荷との
差によりこれらの間に電界が形成され、この電界の作用
によって各突起部周辺のインクに静電潜像に向かう方向
のクーロン力が働き、これにより突起部上にインクが盛
り上がってメニスカスが形成される。

【０００６】このメニスカスが形成される際、上記条件
式（ｈ１＋ｈ２−ｈ３）／（ｈ１＋ｈ２）≧０．１を満
たすようにインク薄層が形成されているときには、突起
部上に形成されるメニスカスが比較的小さいものにな
る。この小さなメニスカスの先端に注入電荷が集中し
て、その先端に作用するクーロン力がさらに大きくなる
と、小さなメニスカスの先端からは小さなインク滴が分
離、飛翔する。飛翔したインク滴は静電潜像に一旦付着
してインク画像となったのち記録媒体に転写されて画像
が形成されるか、または上記インク滴が記録媒体に直接
付着して画像が形成される。

【０００７】このように本発明の画像形成装置によれ
ば、静電潜像または記録電極に対向した各突起部上のイ
ンク薄層にメニスカスが形成されるため、電界強度がさ
ほど強くなくてもインクが飛翔しやすくなる。これによ
り、静電潜像または記録電圧の電位を低くしても安定し
たインク飛翔を実現できるので、潜像担持体帯電用また
は記録電圧印加用の電源装置および駆動回路系の小型
化、簡素化、省電力化を図ることができ、コストを安価
にできる。

【０００８】また、本発明の画像形成装置では、上記条
件式を満たすようにインク薄層が形成されているため、
インク担持体の突起部上に比較的小さなメニスカスを形
成することができ、そのメニスカスから小さなインク滴
を飛翔させることができる。これにより、潜像担持体ま
たは記録媒体上に形成されるドットも小さくなり、画像
の高解像度化を図ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実
施形態である画像形成装置１０の概略構成図である。こ
の画像形成装置１０は、潜像担持体である感光体ドラム
１２を備えている。感光体ドラム１２は、矢印Ａ方向に
回転駆動されるようになっている。感光体ドラム１２の
周囲には、その回転方向に沿って順に、感光体ドラム１
２の表面を均一帯電させるコロナ帯電装置１４と、均一
帯電した感光体ドラム１２の表面に露光して露光部の電
荷を消去することにより非露光部の電荷を残すようにし
て静電潜像を書き込む露光装置１６と、書き込まれた静
電潜像を導電性インクで現像するインク現像装置１８
と、現像されたインク画像を記録媒体である用紙Ｓに転
写するための転写ローラ２０と、転写後の感光体ドラム
１２の表面に残留するインクを回収するクリーニング装
置２２と、静電潜像を消去する除電装置２４とが配置さ
れている。

【００１０】なお、静電潜像の書き込み方式は露光方式
に限定されるものではなく、他の方式、例えばイオンフ
ロー方式、焦電方式、あるいは強誘電体を熱や電気によ
り分極させる方式などによって静電潜像を書き込むよう
にしてもよい。また、多数の微細電極をドラムの表面全
体に形成してもよい。これらの技術は公知のものであ
る。さらに、図示していないが、用紙Ｓに転写されたイ
ンク画像を乾燥して定着させるインク定着装置を必要に
応じて設けてもよい。

【００１１】インク現像装置１８は、図２に示すよう
に、感光体ドラム１２に対向する開口部を有するケーシ
ング２６を備えている。ケーシング２６の内部には、導
電性インク２８が収容されている。ケーシング２６の開
口部には、インク担持ローラ３０が矢印Ｂ方向に回転駆
動可能に配置されている。ケーシング２６の上部縁部２
６ａとインク担持ローラ３０との間にはシールローラ３
２が設けてあり、これによりインクの漏れと乾燥を防止
している。なお、インク担持ローラ３０に対してシール
ローラ３２と反対側のケーシング２６の上部縁部に、イ
ンク薄層安定化ブレード３４を必要に応じて設けてもよ
い。

【００１２】インク担持ローラ３０は少なくとも表層部
が導電性材料で形成されており、その表面には多数の微
小な突起部４０が形成してある。これら突起部４０は金
属ローラの表面に切削加工、エッチング加工、または電
気鋳造加工などを施すことにより形成してもよいし、ま
たは樹脂ローラに上記突起部を形成したのちスパッタリ
ングなどでローラ表面全体を金属薄膜で被覆してもよ
い。また、インク担持ローラ３０は、オフセット電源３
８に電気的に接続されており、これによりインク担持ロ
ーラ３０表面の各突起部４０に潜像電位とは異なる極
性、例えばプラスの所定電圧が印加されるようになって
いる。なお、インク担持ローラ３０を直接接地して、上
記所定電圧を接地電圧としてもよい。

【００１３】図３（ａ）に、インク担持ローラ３０を軸
方向に切断したときの表面の部分拡大断面図を示す。円
柱状または直方体状の各突起部４０は矩形断面形状をな
し、かつ、等ピッチｐで配置され、しかも、インク担持
ローラ３０の表面全体として見ればマトリックス状に配
置されている。上記突起部４０のピッチｐは、２０〜１
００μｍ程度が好ましい。２０μｍより小さいと後述す
る条件式に合致するような凹凸表面のインク薄層が形成
されにくくなり、１００μｍより大きいと飛翔するイン
ク滴が大きくなって解像度が低下するからである。ま
た、突起部４０の幅ａと凹部４２の幅ｂとの比ａ：ｂは
必ずしも１：１である必要はなく、ａ：ｂ＝７：３〜
３：７の範囲であればよい。突起部４０の幅ａの割合が
この範囲より小さいと製造が困難になり、逆に大きいと
解像度が低下することになるからである。さらに、突起
部４０の高さｈ１は１０〜１００μｍ程度が好ましい。
その高さｈ１が１０μｍより小さいと後述する条件式に
合致するような凹凸表面のインク薄層が形成されにくく
なり、１００μｍより大きいと製造が困難になるからで
ある。

【００１４】なお、突起部４０の形状は円柱や直方体に
限られるものではなく、他の形状、例えば図３（ｂ）に
示すように断面が略半円形の半球形状でもよいし、図３
（ｃ）に示すように断面が三角形の円錐状または角錐状
でもよいし、図３（ｄ）に示すように断面が台形の円錐
台または角錐台であってもよい。図３（ｄ）に示すよう
に突起部４０の断面形状が台形の場合、上辺の幅ｄは２
〜３０μｍ程度が好ましい。また、突起部４０の断面形
状が矩形、三角形、台形等の場合、突起部４０の端面や
側面が丸みを帯びていてもよい。さらに、インク担持ロ
ーラ３０の表面には、図４（ａ）に示すように突起部４
０をマトリックス状に配置したが、図４（ｂ）に示すよ
うに突起部４０を千鳥状に配置してもよいし、これら以
外の一定パターンに配置してもよい。

【００１５】次に、上記構成からなる画像形成装置１０
の動作について説明する。インク現像装置１８では、イ
ンク担持ローラ３０がその下部をインク２８に浸した状
態で、矢印Ｂ方向に回転駆動される。これにより、イン
ク２８はインク担持ローラ３の表面に塗布されてインク
薄層３６が形成される。

【００１６】低粘度のインク２８を用いると、インク２
８の液面近傍のインク担持ローラ３０の表面では、図２
のＣ部拡大図である図５（ａ）に示すように、余分なイ
ンクが重力により矢印Ｅ方向に落下してインク溜まりに
戻る。

【００１７】一方、感光体ドラム１２に対向するインク
担持ローラ３０の表面には、図２のＤ部拡大図である図
５（ｂ）に示すようにインク薄層３６が形成されてい
る。このインク薄層３６は、突起部４０の高さをｈ１、
突起部４０上のインク層の厚みをｈ２、突起部４０間す
なわち凹部４２におけるインク層の厚みをｈ３としたと
き、条件式（ｈ１＋ｈ２−ｈ３）／（ｈ１＋ｈ２）≧
０．１を満たすように形成されている。この条件式を満
たす場合とは、インク薄層３６の表面が、突起部４０に
対応して盛り上り、凹部４２に対応してある程度（例え
ば数μｍ）以上窪んでいる状態に形成されていることを
意味し、インク薄層３６が各突起部４０を覆って平滑表
面に形成されている状態は除かれる。

【００１８】上記のように凹凸表面のインク薄層３６を
形成するには、インク粘度が１０００ｃＰ以下であるこ
とが好ましい。インク粘度がこれより大きいと、インク
の流動性が低くなり、突起部４０と凹部４２に沿った凹
凸表面が形成されにくくなるからである。また、インク
の表面張力は５０ｄｙｎｅ／ｃｍ以下が好ましい。イン
ク表面張力がこれより大きいと、突起部４０上のインク
と凹部４２内のインクとが分離してしまい、突起部４０
および凹部４２を一様に覆った凹凸表面のインク薄層３
６が形成されにくくなるからである。

【００１９】図６に示すように、インク担持ローラ３０
上の各突起部４０には、オフセット電源３８からプラス
の所定電圧が印加されている。この状態でインク薄層３
６に覆われた各突起部４０が感光体ドラム１２上の静電
潜像部と対向すると、潜像対向部に位置する各突起部４
０の先端には静電誘導により潜像電位とは逆極性の電荷
すなわちプラス電荷が誘導され、このプラス電荷が各突
起部４０上のインク薄層３６に注入される。注入された
インク薄層３６のプラス電荷と感光体ドラム１２の静電
潜像のマイナス電荷との差によりこれらの間に電界が形
成され、この電界の作用によって各突起部４０上のイン
クに静電潜像部に向かう方向のクーロン力が働き、これ
により各突起部４０上のインクが盛り上がってメニスカ
ス５２が形成される。

【００２０】このようにしてメニスカス５２が形成され
る際、図７（ｂ）に示すように平滑表面のインク薄層３
６の場合すなわち上記条件式に合致しない場合には、突
起部４０近傍のインクは突起部４０に沿って移動するだ
けでなく矢印４４，４６で示す方向にインク薄層３６の
表層部においても突起部４０上に盛り上るように移動
し、これにより突起部４０上には比較的大きなメニスカ
ス５２が形成される。その結果、大きなメニスカス５２
の先端は感光体ドラム１２により近くなるため、その先
端にはより強いクーロン力が作用して比較的大きなイン
ク滴５４が分離、飛翔する。これに対し、本実施形態で
は、図７（ａ）に示すように、上記条件式に合致するよ
うに凹部４２内のインクの厚みを小さくしてインク薄層
３６が凹凸表面になるように形成してあるため、突起部
４０近傍のインクは図中に矢印で示すように突起部４０
に沿ってしか移動できず、突起部４０上に形成されるメ
ニスカス５２は比較的小さいものになる。そのため、小
さいメニスカス５２の先端は感光体ドラム１２から比較
的遠い位置すなわちクーロン力が弱い位置にあることか
ら、この小さいメニスカス５２から分離、飛翔するイン
ク滴５４も小さいものになる。

【００２１】メニスカス５２から飛翔したインク滴５４
は静電潜像に付着してこれを現像し、これにより感光体
ドラム１２上にインク画像が形成される。その後、この
インク画像は用紙Ｓに転写されて画像が形成される。こ
のように、本実施形態の画像形成装置１０では、インク
担持ローラ３０から飛翔したインク滴を感光体ドラム１
２上の静電潜像に一旦付着させてインク画像を形成した
のち、このインク画像を用紙Ｓに転写するというよう
に、インク担持ローラ３０からのインク滴を用紙Ｓに間
接に付着させて画像形成を行うものである。

【００２２】以上に説明したように本実施形態の画像形
成装置１０によれば、静電潜像に対向した各突起部４０
上のインク薄層３６にメニスカス５２が形成されるた
め、電界強度がさほど強くなくてもインクが飛翔しやす
くなる。これにより、静電潜像の電位を低くしても安定
したインク飛翔を実現でき、感光体ドラム１２を帯電さ
せるための帯電装置１４用の電源や駆動回路系の小型
化、簡素化、省電力化を図ることができ、コストを安価
にできる。

【００２３】また、上記画像形成装置１０では、上記条
件式を満たすようにインク薄層が形成されているため、
インク担持ローラ３０の突起部４０上に比較的小さなメ
ニスカス５２を形成することができ、そのメニスカス５
２から小さなインク滴５４を飛翔させることができる。
これにより、感光体ドラム１２または用紙Ｓ上に形成さ
れるドットも小さくなり、画像の高解像度化を図ること
ができる。

【００２４】ここで、本実施形態の画像形成装置１０を
用いてインク飛翔実験を行った。そのときの条件は次の
ようにした。感光体ドラム１２には、ＯＰＣ感光体ドラ
ムを使用し、感光体ドラム１２の帯電電位（すなわち静
電潜像の電位）を−３００ボルトとし、現像スピード
（すなわち感光体ドラムの周速）を２００ｍｍ／ｓｅｃ
とした。インク担持ローラ３０については、直径を１０
０ｍｍ、周速を２００ｍｍ／ｓｅｃ、突起部４０のピッ
チｐを５０μｍ、突起部４０と凹部４２の幅の比ａ：ｂ
を１：１、突起部４０の高さｈ１を２０μｍとした。イ
ンク薄層３６は、突起部４０上のインク厚みｈ２が１０
μｍ、突起部４０間の凹部４２でのインク厚みｈ３が１
５μｍとなるように形成した。この場合、上記条件式の
左辺の値は、（ｈ１＋ｈ２−ｈ３）／（ｈ１＋ｈ２）＝
（２０＋１０−１５）／（２０＋１０）＝０．５とな
り、上記条件式を満たす。また、各突起部４０にはオフ
セット電源３８により１．５ｋＶの電圧を印加した。さ
らに、現像ギャップｇを５００μｍとした。そして、使
用した導電性インクの組成は、カーボンブラック（ブラ
ック）、クロモフタルイエロー（イエロー）、キナクリ
ドンマゼンタ（マゼンタ）または銅フタロシアニンブル
ー（シアン）のいずれかを１０ｗｔ％、溶媒として水を
８６．９９ｗｔ％、界面活性剤としてフッ素系界面活性
剤を０．０１ｗｔ％、粘度調整剤としてポリエチレング
リコールを２ｗｔ％、分散剤としてスチレンアクリル酸
塩を１ｗｔ％とした。これらの条件の下で実験したとこ
ろ、インクは静電潜像に対して良好に飛翔し、飛翔した
インクにより形成されたドット径は３０〜３５μｍであ
った。

【００２５】これに対し、比較実験では、突起部４０間
の凹部４２でのインク厚みｈ２を３０μｍとし、他の条
件を上記実験と同様にした。この場合、インク薄層３６
は平滑表面になっており、上記条件式の左辺の値が０と
なって上記条件式を満たさない。その結果、比較実験で
は、隣接する突起部４０間でインク飛翔について相互干
渉が起こるというクロストーク現象が頻繁に発生すると
ともに、飛翔したインクにより形成されたドット径はほ
ぼ５０μｍ以上であった。これにより本実施形態の画像
形成装置によれば、安定したインク飛翔を実現できると
ともに、小さいドット形成が可能で高解像度化が図れる
ことが確認できた。

【００２６】次に、図８，９を参照して本発明の別の実
施形態である画像形成装置６０について説明する。上記
画像形成装置１０では、インク担持ローラ３０から飛翔
したインク滴を用紙Ｓに間接に付着させて画像形成を行
ったが、本実施形態の画像形成装置６０はインク担持ロ
ーラ３０から飛翔したインク滴を用紙Ｓに直接付着させ
て画像を形成するものである。そのために、画像形成装
置６０では、図８に示すように、互いに対向する感光体
ドラム１２とインク現像装置１８との間を用紙Ｓが感光
体ドラム１２と接触しながら搬送されるようにしてあ
る。他の構成は上記画像形成装置１０とほぼ同じである
が、感光体ドラム１２にインクが付着することがないの
でクリーニング装置２２を省くことができる。また、感
光体ドラム１２に対する用紙Ｓの密着性をよくするため
に、一対の密着ローラ６２，６４を必要に応じて設けて
もよい。

【００２７】上記画像形成装置６０におけるインク飛翔
原理は、上記において図６，７を参照して説明したのと
同様である。図９に示すように、インク滴５４は、イン
ク担持ローラ３０上の突起部４０に対応する位置から感
光体ドラム１２の潜像部に向けて飛翔し、用紙Ｓに直接
付着して画像が形成される。本実施形態の画像形成装置
６０によってもまた、上記画像形成装置１０と同様の効
果を得ることができる。

【００２８】次に、図１０，１１を参照して本発明のさ
らに別の実施形態である画像形成装置７０について説明
する。この画像形成装置７０では、記録電極７２が用紙
Ｓを介してインク現像装置１８のインク担持ローラ３０
に対向している。用紙Ｓは記録電極７２の下部に接触し
つつ矢印方向に搬送される。記録電極７２は、図１１に
示すように、用紙搬送方向と直交する方向に沿って等間
隔に配列された多数の個別電極７４と、これら個別電極
７４の周囲を覆う保護絶縁部７６とで構成される。上記
個別電極７４は、画像の画素密度に対応する密度で配置
され、各先端部が記録電極７２の下部で用紙Ｓに接触す
る。また、各個別電極７４はそれぞれ、スイッチ７８を
介して電源８０に接続されている。スイッチ７８は、画
像情報に応じて選択的にオンされ、これによりインクを
飛翔、付着させるべき位置の個別電極７４にマイナス極
性の記録電圧が印加されるようになっている。なお、記
録電極７２の構成を図１１に例示したが、記録電極７２
はこの形態に限定されるものではなく、他の形態のマル
チスタイラス電極を使用してもよい。

【００２９】上記画像形成装置７０におけるインク飛翔
原理は、上記画像形成装置６０の場合と同様である。た
だ、感光体ドラム１２が記録電極７２に置き換えられ、
マイナス電荷を有する潜像部が、マイナス極性の記録電
圧が印加された個別電極７４に代わっただけである。個
別電極７４に記録電圧が印加されると、これに対向する
インク担持ローラ３０の突起部４０に対応する位置から
インク滴が飛翔し、このインク滴が用紙Ｓに直接付着し
て画像が形成される。このように本実施形態の画像形成
装置７０でもまた、上記インク現像装置１８を用いてい
るので、上記画像形成装置１０と同様の効果を得ること
ができる。

【００３０】なお、以上に説明した各画像形成装置１
０，６０，７０では、インク担持体としてローラ３０を
用いたが、図１２に示すように、上記インク担持ローラ
３０と同様の表面形状を有するインク担持ベルト４８を
インク現像装置１８ａに用いてもよい。

【００３１】また、上記説明では静電潜像または記録電
圧の極性をマイナスとして説明したが、これとは逆に静
電潜像または記録電圧の極性がプラスの場合にも本発明
を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態である画像形成装置の概
略構成図。

【図２】 インク現像装置の拡大図。

【図３】 （ａ）〜（ｄ）は、インク担持ローラ表面の
突起部の部分拡大断面図。

【図４】 （ａ），（ｂ）は、インク担持ローラ上の突
起部の配置パターンを示す部分拡大平面図。

【図５】 （ａ）は図２のＣ部の拡大断面図、（ｂ）は
図２のＤ部の拡大断面図。

【図６】 インク担持ローラ上の突起部に対応する位置
からインクが飛翔する原理を説明するための部分拡大
図。

【図７】 突起部上にメニスカスが形成されてインクが
飛翔する様子を示す部分拡大図であり、（ａ）は上記条
件式を満たすようにインク薄層を形成した場合を示し、
（ｂ）は上記条件式を満たさないようにインク薄層を形
成した場合を示す。

【図８】 本発明の別の実施形態である画像形成装置の
概略構成図。

【図９】 インク担持ローラ上の突起部に対応する位置
から飛翔したインクが用紙に直接付着する状態を示す部
分拡大図。

【図１０】 本発明のさらに別の実施形態である画像形
成装置の概略構成図。

【図１１】 記録電極の部分拡大図。

【図１２】 インク担持体としてベルトを用いた変形例
を示す画像形成装置の概略構成図。

【符号の説明】

１０…画像形成装置、１２…感光体ドラム（潜像担持
体）、３０…インク担持ローラ（インク担持体）、３６
…インク薄層、４０…突起部、４２…凹部、５２…メニ
スカス、５４…インク滴。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インク担持体上を覆って形成された導電
   性インク薄層から潜像担持体上の静電潜像または記録電
   極に印加される記録電圧に応じてインクを飛翔させ、こ
   の飛翔インクを記録媒体に間接または直接に付着させて
   画像を形成する画像形成装置において、 上記インク担持体の導電性の表面に多数の微小な突起部
   を形成し、これら突起部に上記静電潜像または上記記録
   電圧とは異なる極性の所定電圧を印加するとともに、上
   記インク担持体上の突起部の高さをｈ１、上記突起部上
   のインク層の厚みをｈ２、上記突起部間におけるインク
   層の厚みをｈ３としたとき、 （ｈ１＋ｈ２−ｈ３）／（ｈ１＋ｈ２）≧０．１ を満たすように上記インク薄層を形成したことを特徴と
   する画像形成装置。