JPH0651570A

JPH0651570A - 静電像形成方法

Info

Publication number: JPH0651570A
Application number: JP20152192A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Kurita; 隆治栗田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1992-07-28
Filing date: 1992-07-28
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】高電圧を必要とせず、したがってオゾンを発
生することもなく、また、像担持体の選択の自由度が高
く、さらに、中間調を有する画像や大型の画像、高精細
な画像が容易に形成できるとともに、画像形成速度の高
速化も容易に図れ、しかも、構成が簡素で、製造コスト
も低減できる静電像形成方法を提供する。【構成】像担持体ドラム１１は、接地されたアルミニ
ウム円筒１２の外周にポリエステルなどから成る誘電体
層１３が形成されて構成され、矢印Ｓ方向に回転自在に
設けられている。上記静電像形成ヘッド１４は、複数組
の噴出ノズル２１と吸引ノズル２２とが紙面垂直方向に
配列されて構成されている。各噴出ノズル２１、および
各吸引ノズル２２は互いに絶縁され、それぞれの噴出ノ
ズル２１には、信号線２３を介して最高２００〜８００
ボルトの画像信号電圧が印加される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機やプリンタ、お
よびディスプレイ等の画像形成装置に適用され、トナー
により現像可能な静電像を形成する静電像形成方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】トナー像を形成する複写機やディスプレ
イ等の画像形成装置は、像担持体に静電像を形成し、こ
の静電像を現像して得られたトナー像を記録紙に転写し
たり、そのまま表示させたりするようになっている。上
記静電像の形成方法には、従来より種々の方法が知られ
ており、代表的な方法としては、以下のようなものがあ
る。（１）コロナ放電等によって帯電させた光導電性層に光
像を投影し、静電像を形成する電子写真法。（２）感光性のない静電記録層に、近接する電極からの
気中放電によって電荷を与える静電記録法。（３）高電場の作用で空気中の分子を電離させて気体イ
オンを発生させ、その気体イオンが静電記録層に至る量
を制御電極によって制御することにより静電像を形成す
るイオンフロー制御法。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記何
れの方法も、気中放電を行わせるために高電圧を必要と
し、消費エネルギーも大きい。また、気中放電に伴って
オゾンが発生するため、環境上好ましくない。そのう
え、電子写真法では、画像品質が光導電性層の感光特性
に依存し、良好な感光特性を有する長寿命な光導電性層
を得るのが困難である。しかも、光像を投影するための
光学系等を必要とするので、構成が複雑で、製造コスト
も高くつくうえ、大型の画像形成も困難である。

【０００４】また、静電記録法では、電極に印加する電
圧が気中放電の閾値を越えるか否かによって静電記録層
への電荷付与の有無が決まるため、中間調を有する画像
の形成が困難である。一方、イオンフロー制御法では、
中間調を有する画像の形成は可能であるものの、画像形
成速度が、気体イオンが静電記録層に至るまでの移動時
間によって制約されるうえ、製造コストも高くつくた
め、殆ど実用化されていないのが実情である。

【０００５】本発明は上記の点に鑑み、高電圧を必要と
せず、したがってオゾンを発生することもなく、また、
光導電性層を用いないことにより像担持体の選択の自由
度が高く、さらに、中間調を有する画像や大型の画像、
小径トナーを用いた高精細な画像が容易に形成できると
ともに、画像形成速度の高速化も容易に図れ、しかも、
構成が簡素で、製造コストも低減できる静電像形成方法
の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、誘電体から成る像担持体の一方の面にイ
オン性液体を接触させるとともに、他方の面側におけ
る、少なくとも像担持体とイオン性液体との接触部分の
境界線に対向する位置に対向電極を設け、上記境界線
と、像担持体とを相対的に移動させつつ、イオン性液体
と対向電極との間に画像信号に応じた電圧を印加するこ
とを特徴としている。

【０００７】

【作用】上記の構成により、イオン性液体の接触部分の
境界線が像担持体に対して移動すると、像担持体におけ
る上記移動によってイオン性液体から離れた部分に、そ
の離れる時点の上記印加電圧に応じて、イオン性液体中
のイオンが固定される。

【０００８】

【実施例】

（基本原理）まず、本発明による静電像形成の基本原理
を図１に基づいて説明する。図１（ａ）に示すように、
誘電体から成る静電記録層１の表面に水２を接触させ、
裏面に電極３を設けて、上記水２と電極との間に電圧を
印加すると、水２に含まれるイオンが静電記録層１の表
面に移動する。このときに移動するイオンの量は印加電
圧に応じて定まり、静電記録層１の表面におけるＡ〜Ｃ
の部分では均一である。

【０００９】この状態で、図１（ｂ）に示すように、静
電記録層１が矢印の方向（以下、「走査方向」とい
う。）に移動してＡの部分が水２から離れると、離れる
瞬間の印加電圧に応じたイオンがＡの部分に残り、Ａの
部分が帯電した状態になる。このＡの部分の帯電量は、
水２から離れた後は、自然放電する場合などを除き変化
しない。次に、この状態で印加電圧を高くすると、Ａの
部分よりも多くのイオンが、水２の接触しているＢ〜Ｄ
の部分に均一に移動する。

【００１０】そこで、図１（ｃ）に示すように、さらに
静電記録層１が移動してＢの部分が水２から離れると、
このＢの部分にはＡの部分よりも多くのイオンが固定さ
れ、大きな帯電量で帯電した状態になる。上記のよう
に、誘電体層表面に水を接触させ、電圧をかけながらそ
の水を除去すると、水が除去される瞬間の印加電圧に応
じて元の水の境界の形に帯電模様が残るので、画像信号
に応じた電圧を誘電体層の移動と同期させて印加するこ
とにより、静電像が形成される。

【００１１】ここで、水２は、静電記録層１に移動させ
るための水性イオンを含んでいる必要があるが、一般に
純水といわれるものでも含まれている程度の、水の解離
による水素イオンＨ₃Ｏ⁺や、水酸イオンＯＨ^-、炭酸
イオンＣＯ₃ ^-だけでも通常の画像形成速度を得るため
には十分である。また、他の無機、或いは有機の電解質
を添加することもできる。この場合、イオン密度が増加
して、より高速な静電像形成が容易になる。水に限ら
ず、イオン性液体であれば、エタノールやメタノール等
のアルコール類、ケトン、エステル類等の極性液体、あ
るいはその混合物も適用可能である。さらに、これらの
液体に電解質を添加してもよい。なお、これらの液体に
含まれるイオンは静電記録層１に移動する分、消費され
るが、その量は全く問題とはならない程度である。

【００１２】また、画像形成速度を大きくするために
は、静電記録層１の撥水性が大きいことが好ましく、例
えばポリエステル層等の撥水性高分子層が適用できる
が、その他にも有機系の各種樹脂や無機系の各種セラミ
ックス等も適用可能である。なお、静電記録層１の表面
をシリコン系や弗素系などの撥水化処理剤で加工しても
よい。

【００１３】上記のようなイオン性液体を用いた静電像
形成方法は、以下のような特徴を有している。（１）印加電圧と静電記録層の表面電位との関係は、例
えば図２に示すように極めて良好な直線関係を有してい
る。それゆえ、帯電むらが生じないうえ、階調再現性も
よい。また、静電記録層は基本的に誘電体でさえあれば
よく、その種類によらず高い画像品質を得ることができ
る。（２）静電記録層の帯電電位は印加電圧にほぼ等しくな
り、また、水中などで自然に電離しているイオンを用い
るので、気中放電を行わせる場合のように高電圧を必要
としないし、オゾンを発生することもない。（３）静電像における走査方向の解像度は、イオン性液
体と静電記録層との接触部の大きさに関係なく、非常に
高い。これは、静電記録層における、イオン性液体との
接触部の境界線部分だけが、イオン性液体と離れるとき
にその瞬間の印加電圧に応じた帯電量になるからであ
る。（４）静電記録層の帯電量は、イオン性液体が接触する
前の帯電量の影響を全く受けない。それゆえ、静電像形
成前に除電を行う必要がない。（５）静電記録層として撥水性高分子層などの誘電体を
用いるので、電荷の拡散などによる表面電位の減衰速度
は、例えばポリエステルフィルムを用いた場合の例を図
３に示すように、極めて小さい。したがって、与えられ
た電荷が長時間保持されるので、通常の電子写真現像法
などで良好な現像が可能である。また、トナー像を定着
しないで表示させる場合のように光に晒させる場合で
も、高い像残存性を得ることができる。（６）また、上記（４）、（５）により、オーバライト
によって、静電像における走査方向と直角方向の解像度
を高くすることも容易にできる。すなわち、図４に示す
ように、１回目の走査によって形成された帯電部２ａと
少しだけずらして２回目の走査を行い、帯電部２ａ’を
形成すると、帯電部２ａは幅Ｒの部分だけが、２回目の
走査の影響を全く受けずに元の帯電状態のままで残る。
一方、帯電部２ａ’は、元の帯電状態の影響を全く受け
ずに新たな帯電状態になる。それゆえ、解像度を高くす
るためには水２、２’のずれ量を小さく設定するだけで
よい。また、走査方向と直角方向の解像度は、イオン性
液体と対向する電極における、走査方向と直角方向の寸
法を小さくすることによっても、高くすることができ
る。（７）イオンの静電記録層への移動は、実質上、瞬時に
行われるので、画像形成速度の高速化が容易に図れる。（第１実施例）次に、上記静電像形成方法が適用された
画像形成装置の例を図５および図６に基づいて説明す
る。

【００１４】像担持体ドラム１１は、接地されたアルミ
ニウム円筒１２の外周にポリエステルなどから成る誘電
体層１３が形成されて構成され、図５中の矢印Ｓ方向に
回転自在に設けられている。像担持体ドラム１１の周囲
には、静電像形成ヘッド１４、磁気ブラシによってトナ
ー現像を行う現像器１５、トナー像を記録シート１６に
転写する転写チャージャ１７、および残留トナーを除去
するクリーナブレード１８が設けられている。なお、誘
電体層１３の電荷を除去する除電装置は設けられていな
い。これは、前述のように、新たな静電像を形成する前
の帯電状態は静電像の形成に影響しないためである。

【００１５】上記静電像形成ヘッド１４は、複数組の噴
出ノズル２１と吸引ノズル２２とが紙面垂直方向に配列
されて構成されている。各噴出ノズル２１、および各吸
引ノズル２２は互いに絶縁され、それぞれの噴出ノズル
２１には、信号線２３を介して最高２００〜８００ボル
トの画像信号電圧が印加される。上記噴出ノズル２１
は、内径が１０〜５００μｍ程度の金属チューブから構
成され、この噴出ノズル２１の先端部からは、大気圧＋
５０〜２００ｍｍＨ₂Ｏ程度に加圧された水２４が誘電
体層１３に向けてジェット状に噴出されるようになって
いる。また、吸引ノズル２２は、例えば大気圧−５０〜
２００ｍｍＨ₂Ｏ程度の吸引圧力で、噴出ノズル２１か
ら噴出された水２４を空気とともに吸引するようになっ
ている。なお、上記吸引圧力は、噴出ノズル２１および
吸引ノズル２２の径等に応じて、水２４が確実に回収さ
れるように設定すればよい。

【００１６】吸引ノズル２２は、図６に示すように、水
分離槽３１に接続されている。吸引ノズル２２によって
吸引された水２４は、空気と分離され、再度、給水ポン
プ３２によって噴出ノズル２１に送られる。また、空気
は排気ポンプ３３によって装置外部に排出されるように
なっている。なお、給水ポンプ３２は各噴出ノズル２１
に共通であるが、配管が噴出ノズル２１から充分離れた
位置で分岐していれば、水２４が連続していることによ
る噴出ノズル２１間の画像信号電圧の干渉は実質的に生
じない。

【００１７】上記の構成において、噴出ノズル２１から
水２４を噴出させると、水２４は誘電体層１３の表面に
接触した後、周囲の空気とともに吸引ノズル２２に吸引
される。この吸引による水２４の回収は、誘電体層１３
の撥水性が大きければ、確実に行われる。また、誘電体
層１３の撥水性が大きければ、誘電体層１３の表面にお
ける、水２４から離れる部分Ｐでの水切れも安定した位
置で確実に生じ、このＰ部は、前述のように水２４から
離れる瞬間に、信号線２３に印加されている画像信号電
圧に応じた水２４中のイオンの移動により帯電する。

【００１８】そこで、像担持体ドラム１１の回転に同期
して、形成しようとする画像における主走査方向の各画
素の濃度に応じた電圧を、信号線２３を介して各噴出ノ
ズル２１に印加すると、誘電体層１３の表面に静電像が
形成される。この静電像は、現像器１５によって現像さ
れ、形成されたトナー像は転写チャージャ１７によって
記録シート１６に転写される。

【００１９】なお、上記のように磁気ブラシを用いた乾
式現像に代えて、液体現像を用いることも容易にでき
る。なぜならば、誘電体層１３は前述のように基本的に
誘電体であればよいので、現像剤の溶媒、およびその溶
媒に侵されにくい誘電体層１３の選択の自由度が高いか
らである。また、誘電体層１３として耐熱性の高い材質
を選択することも容易であるため、転写チャージャ１７
によるトナー像の静電転写に代えて、シリコンコーティ
ングされたヒートローラに一旦吸着させた後、記録シー
ト１６に転写同時熱定着する熱転写方式を用いることも
容易にできる。上記のような材質としてはポリイミドや
液晶ポリマなどが好適である。（第２実施例）水の供給を主に空気の吸引による負圧に
よって行うように構成された画像形成装置の例を図７お
よび図８に基づいて説明する。なお、この画像形成装置
は主として静電像形成ヘッドが前記第１実施例と異な
る。

【００２０】静電像形成ヘッド４１は、図７に示すよう
に、ポリウレタンによって給水ノズル部４２と吸引ノズ
ル部４３とが一体的に形成されて成っている。給水ノズ
ル部４２には、図８に示すように、画素ピッチの２倍の
ピッチで給水通路４４が形成されている。各給水通路４
４の内部には電圧印加電極４５が設けられ、信号線４６
を介して画像信号電圧が印加される。この給水ノズル部
４２は、像担持体ドラム１１の誘電体層１３に軽く接触
するか、または僅かな隙間を空けるように配置される。
なお、ポリウレタンによって形成されているため、誘電
体層１３に接触しても誘電体層１３を傷つけることはな
い。

【００２１】吸引ノズル部４３は、給水ノズル部４２よ
りも像担持体ドラム１１の回転方向下流側に設けられ、
各給水ノズル部４２に共通のスリット状に形成されてい
る。上記吸引ノズル部４３は、第１実施例と同様に大気
圧−５０〜２００ｍｍＨ₂Ｏ程度の吸引圧力で空気を吸
引するようになっている。一方、給水ノズル部４２は、
加圧されないか、または大気圧〜大気圧＋５０ｍｍＨ₂
Ｏに加圧される程度で、加圧されない場合でも、吸引ノ
ズル部４３が空気を吸引する際の負圧によって、徐々に
誘電体層１３の表面に供給される。

【００２２】すなわち、給水ノズル部４２の開口部で誘
電体層１３に接触した水２４は、吸引ノズル部４３の開
口部に至るや否や吸引されるのでシャープな移動軌跡を
描き、像担持体ドラム１１の回転速度が速くても水２４
と誘電体層１３とが離れる部分の位置を正確に安定させ
ることができる。また、水２４は霧状になって吸引され
るので、吸引ノズル部４３が各給水通路４４に対して共
通であっても画像信号電圧の干渉は生じない。

【００２３】なお、上記静電像形成ヘッド４１は、図示
しない駆動機構により、図８中の矢印Ｔ方向（像担持体
ドラム１１の軸心方向）に画素ピッチだけ移動するよう
になっている。上記の構成において、１画面分の静電像
を形成する際には、まず主走査方向に１つおきの画素に
ついての静電像が、像担持体ドラム１１が１回転する間
に、第１実施例と同様の原理により形成される。なお、
この時点ではトナー現像は行われない。次に、像担持体
ドラム１１がもう１回転する間に、静電像形成ヘッド４
１が矢印Ｔ方向に移動した位置で、残りの画素について
の静電像が形成されるとともに、トナー現像、および転
写が行われる。

【００２４】ここで、２回目の静電像形成が行われると
きには、最初に形成された静電像と重なる部分があって
も、その部分の最初の静電像は完全に消去されて重畳さ
れないので、矢印Ｔ方向への移動量は、あまり高精度に
しなくてもよい。なお、上記のような構成の２つの静電
像形成ヘッド４１を、給水通路４４の位置が画素ピッチ
だけずれるようにして、像担持体ドラム１１の回転方向
にならべて設けてもよい。この場合には、１画面分の静
電像の形成等を連続して行うことができる。

【００２５】一方、像担持体ドラム１１の軸心方向の画
素を複数のブロックに分割して、そのブロックの幅だけ
静電像形成ヘッドを移動させながら、各ブロックの静電
像を順次形成するようにしてもよい。また、１つの給水
通路４４だけが設けられた静電像形成ヘッドを、像担持
体ドラム１１が１回転するごとに、像担持体ドラム１１
の軸心方向に所定量だけ移動させながら、静電像を形成
するようにしてもよい。この場合には、上記所定の移動
量が像担持体ドラム１１の画素ピッチとなるので、像担
持体ドラム１１の軸心方向の解像度を容易に高めること
ができる。

【００２６】逆に、像担持体ドラム１１を大きくすると
ともに、給水通路４４の幅、および静電像形成ヘッドの
移動量を大きくして、大型の画面を形成することも容易
にできる。また、像担持体の形態としては、上記のよう
にドラム状のものに限らず、例えば導電層が積層された
誘電体フィルムから成るベルト状でもよいし、また、こ
のようなフィルムに形成されたトナー像などをそのまま
フィルムに熱定着または乾燥定着するようにしてもよ
い。

【００２７】さらに、アルミニウム円筒１２と同じ機能
を有する固定電極を誘電体フィルムとは別体として設け
てもよい。この場合、上記固定電極は、誘電体フィルム
を帯電させるためには、少なくとも誘電体フィルムが水
から離れる部分と対向する位置に設けられていればよい
が、放電等によって電荷が消失するのを防止するため
に、固定電極を例えばトナー像が転写される位置まで延
接するか、または導電性ブラシ等によって誘電体フィル
ムの裏面にカウンターチャージを与えるのが好ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的簡単な構成要素により、オゾン等の有害物質を生
成することなく、しかも低電圧を用いて極めて効率よ
く、連続階調再現の可能な高精細、高密度の静電像を形
成することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静電像形成の基本原理示す説明図
である。

【図２】本発明における印加電圧と静電記録層の表面電
位との関係を示すグラフである。

【図３】本発明に適用可能なポリエステルフィルムにお
ける表面電位の減衰速度を示すグラフである。

【図４】走査方向と直角方向の解像度を高くする場合の
帯電状態の例を示す説明図である。

【図５】第１実施例における画像形成装置の構成を示す
断面正面図である。

【図６】同、水分離槽の構成を示す説明図である。

【図７】第２実施例における画像形成装置の要部の構成
を示す断面正面図である。

【図８】図７におけるＸ−Ｘ矢示断面図である。

【符号の説明】

１静電記録層 2・24 水３電極１１像担持体ドラム１３誘電体層 14・41 静電像形成ヘッド２１噴出ノズル２２吸引ノズル 23・46 信号線４２給水ノズル部４３吸引ノズル部４４給水通路４５電圧印加電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体から成る像担持体の一方の面にイ
オン性液体を接触させるとともに、他方の面側におけ
る、少なくとも像担持体とイオン性液体との接触部分の
境界線に対向する位置に対向電極を設け、上記境界線
と、像担持体とを相対的に移動させつつ、イオン性液体
と対向電極との間に画像信号に応じた電圧を印加するこ
とを特徴とする静電像形成方法。