JPH0691910A - 記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高解像・高速記録が可能なリボンレスサーマ
ル転写記録装置を提供する。 【構成】 一対の電極層と、厚さ方向と直交する方向の
熱拡散率が１．０×１０^-6ｍ² ／秒以下の発熱抵抗体層
と、画像信号に従って選択的に該発熱抵抗体を通電する
手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粉体トナーなどを溶融
転写する記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】サーマル転写記録は、構成が簡易で、信
頼性が高いためパーソナル・ワープロ等多くの機器に組
み込まれている。

【０００３】サーマル転写記録では、発熱抵抗体素子ア
レイで構成されるサーマルプリントヘッド（ＴＰＨ）で
画像信号に対応して各素子に給電し、発生した熱分布に
応じてインクリボンのインクを記録紙に転写してイメー
ジ形成を行う。

【０００４】サーマル記録装置では、例えばインクリボ
ンは記録用紙と重ねあわせて、ＴＰＨの所まで搬送さ
れ、ＴＰＨとプラテンとで適当な圧力で挟込まれる。記
録信号に応じてＴＰＨの発熱抵抗素子が通電されると、
この素子はジュール熱を発生し、該当部分の固体インク
を溶融させる。インクが溶融した状態で適当なタイミン
グでインクリボンと記録紙を剥離するとインクは記録紙
に転写される。なお、インクリボンはポリエチレンテレ
フタレートフィルムの上に固形インクを薄く塗布したも
のである。このようにサーマル転写記録は非常に簡易な
構成であり、且つ信頼性が高いという特徴がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、このサ
ーマル転写記録は、構成が簡易で信頼性が高い。しかし
ながら、記録速度が遅いこと、解像度が発熱抵抗体素子
のピッチに制限されるため高解像度化が難しいこと、発
熱素子の蓄熱のため熱制御が必要となる場合があるこ
と、及びインクリボンを使用するためにランニングコス
トが高いことなどの問題がある。

【０００６】また、レーザ・ビーム・プリンタ（ＬＢ
Ｐ）に代表される電子写真式の記録装置は上述したよう
な欠点はないが、機構が複雑になること、オゾンが発生
すること、及び定着器（ヒートローラ）を暖めるために
立上がり時間が長く、消費電力が大きくなること等の問
題がある。

【０００７】本発明は上記問題を鑑みてなされたもの
で、簡易な構成で、高速で高画質の記録が可能で且つラ
ンニングコストが低く、オゾンの発生しない記録装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の記録装置は、着
色剤を被記録媒体に溶融転写して画像を形成する記録装
置において、感光層、該感光層上に設けられた厚さ方向
と直交する方向の熱拡散率が１．０×１０^-6ｍ² ／秒以
下の発熱抵抗体層、該感光層上に設けられた光透過性の
第１の電極、及び該発熱抵抗体層上に設けられた第２の
電極を有する画像形成手段と、前記第１の電極に対向す
るように設けられ、画像信号に従って該第１の電極を通
して前記感光体層を選択的に露光する手段とを具備する
ことを特徴とする。

【０００９】また、本発明の記録装置は、着色剤を被記
録媒体に溶融転写して画像を形成する記録装置におい
て、光透過性の第１の電極層、感光体層、発熱層、及び
第２の電極層の順に構成された記録ヘッドと、前記透明
電極層側から前記感光体を選択的に露光する手段とを具
備することを特徴とする。

【００１０】さらに、本発明の記録装置は、着色剤を被
記録媒体に溶融転写して画像を形成する記録装置におい
て、ローラ表面に熱潜像を形成する手段と、前記熱潜像
を着色記録剤で現像する手段と、現像された着色記録剤
像を被記録媒体に転写する手段とを具備する。発熱抵抗
体層は、好ましくは加圧導電性樹脂または導電性樹脂で
ある。感光層は、例えばＺｎＯ等の発熱可能な材料を使
用した場合には発熱抵抗層を省くことができる。この装
置によれば、ローラ表面に熱潜像を形成し、熱潜像を着
色剤で現像し、現像された着色剤像を被記録媒体に転写
することが可能である。

【００１１】また、この装置によれば、帯電したトナー
を全面に付着させたローラが記録紙に接する部分で記録
信号に応じて感光体層を背面露光して感光体層を部分的
に導通させ、該当部の発熱抵抗層をジュール熱で発熱さ
せることができる。本発明の記録装置において、記録ヘ
ッドの発熱抵抗体層は、サーマルヘッドのような主走査
と副走査方向における発熱抵抗体素子アレイがない。ま
た、本発明によれば、ローラ表面にトナーを均一に付着
させ、ローラ上で溶融したトナーのみを被記録媒体に転
写することができる。

【００１２】

【作用】通常のサーマル記録ヘッドを用いたサーマル記
録では、発熱抵抗体素子アレイを個々に通電することに
より選択的に発熱させるために、その解像度は、発熱抵
抗体素子アレイのピッチに制限される。本発明によれ
ば、発熱抵抗体層を感光層と組み合わせて使用し、露光
により選択的に通電して発熱を行なうことができる。そ
の解像度は、発熱抵抗体素子アレイのピッチに制限され
ないので、得られた画像は、光学系記録とほぼ同じレベ
ルまで高解像度化される。また、発熱抵抗体に加圧導電
ゴムには、例えば大量の電流を流すと、瞬間的に発熱
し、その熱のためにその後電流が押さえられる性質があ
るため、加圧導電性ゴムを用いると、ＴＰＨより高速に
熱記録が行える。

【００１３】

【実施例】

（第１の実施例）図１を用いて本発明の第１の実施例の
説明を行う。

【００１４】画像形成ローラ１は、図１（ａ）のように
内側から透明電極層２、感光体層３、発熱抵抗層４、表
面電極層５とからなり、透明電極層２と表面電極層５に
は電源６が接続されている。感光体層３は、ＺｎＯの粉
末をアクリル系樹脂をバインダーとして形成する。発熱
抵抗層４は、ここでは加圧導電ゴムを用いている。加圧
（あるいは感圧）導電ゴムは、シリコンゴムなどに金属
粉やカーボン粉を含ませたもので、一定以上の荷重が加
えられると抵抗値が急激に低下するものである（図
３）。ここでは、画像形成ローラ１が記録紙１１を挟ん
でプラテン１２と圧接している部分に電流を集中させ、
その他の部分には電流を流さないようにするために用い
ている。加圧導電ゴムは、温度の上昇にしたがい抵抗値
が上昇する性質もある。したがって、ある温度になると
抵抗値の上昇のため電流がほぼ０になりその温度を維持
するという自己温度補償的な特性を現す。このような特
性のため、大量の電流を供給すると瞬間的に発熱して温
度が上昇し、その後電流は抑えられて温度を維持する。
このため、通常のＴＰＨよりも高速に発熱させることが
できる。ここでは、１８０℃を維持するようにしてあ
る。一方、１画点を記録する間に発生したジュール熱が
隣の画点まで及ぶと解像度が落ち、画質が劣化する。こ
のため、発熱抵抗層４は、厚みと直行する方向の熱拡散
率が充分に小さくなければならない。このため、後述す
る理由により発熱体層のバインダーには常温において熱
拡散率が１．０×１０^-6［ｍ² ／ｓ］以下のものを用い
なければならない。表面電極層５は、オフセット防止処
理をしている。これは、トナーとの摩擦帯電を効率的に
行うことと、トナーのローラ表面への付着を防止するこ
とのためである。なお、表面電極層５の端部は電源６と
の接点としているため、グランドと接続している。電源
６は２４Ｖの直流電源である。次に図１（ｂ）を用いて
画像形成プロセスを説明する。

【００１５】トナー室７内のトナー８は、１成分非磁性
のトナーで、画像形成ローラ１に接している。トナー８
は画像形成ローラ１の回転によりマイナスに摩擦帯電さ
れ、ブレード９の方に搬送される。トナー８はブレード
９によりさらに摩擦帯電されるとともに一定の厚さに揃
えられ、静電力でローラ表面に付着したまま記録紙との
接点に向かう。なお、ブレード９にはオフセット防止処
理が施されている。

【００１６】記録紙との接点では、光走査ヘッド１０が
記録信号に応じて現像ローラを背面露光する。光走査ヘ
ッドは、画像領域全体を露光できるものであれば何でも
良いが、ここではＬＥＤアレイを用いている。露光され
た感光体層３は部分的に導通し、発熱抵抗層４には電流
によるジュール熱が発生する。発熱抵抗層４で発生した
熱は表面電極層５からローラ表面のトナー層に伝わり、
該当部分のトナーを溶融させる。溶融したトナーは記録
紙１１に転写定着される。溶融しなかったトナーはロー
ラ１とプラテン１２との間に印加された直流バイアス１
３によりローラから離れることなくトナー室７に戻り、
未使用のトナー８と混合／攪拌され、再び現像に用いら
れる。

【００１７】なお、本実施例では、感光体層３と発熱体
層４を別個に形成したが、感光体層を発熱させることに
より１つの層で形成しても良い。例えば、感光体として
用いられるＺｎＯはバリスタとしても用いられ、電流電
圧特性の非直線性に優れている。すなわち、ある電圧値
（バリスタ電圧）を境に抵抗値が急激に減少し、電流が
流れるという特性を持つ（図４）。バリスタ電圧は０．
６〜３００００Ｖの広い使用範囲を持つ。そこで、感光
体を透明なシリコンゴムをバインダーとして内部にＺｎ
Ｏを分散させるような構成とし、バリスタ電圧よりやや
低めの電圧をかける。そこにトリガとしての光を当てる
と、ＺｎＯ粒子間の界面に存在する空乏層内の電子が、
光に励起されることで高電界を生じ、高抵抗を形成して
いる障壁が下がるため、急激に電流が流れ始める。すな
わち、バリスタ電圧をかけたのと同様の現象を示す。図
４では、特性が−Ｖ方向にシフトしたことになる。これ
により感光体層内には大電流が流れ、ジュール熱による
発熱が起こる。この発熱によりトナーを溶融し、印字が
可能となる。また、ＺｎＯに他の金属酸化物を添加する
と負性抵抗特性を持つ（図５）ため、１度トリガーを掛
けると遮断電圧以下に戻すまでは低抵抗状態を維持し、
時間軸を利用したエネルギーの増感作用が得られる。こ
のような発熱層を構成する時、バインダーには感光材を
良く分散させることと耐熱性が必要となる。

【００１８】次に、クロストークと発熱体層バインダー
の熱拡散率の関係について説明する。まず、クロストー
クは、１つの画素（に対応する部分、以下同）の両側の
画素を発熱させた時に該当画素の中心部の温度がそのラ
インの記録中に記録可能温度に達したら起こるものと
し、発熱させる画素の端部は一定温度であるとする。

【００１９】現在のプリンタを基準にクロストークの起
こりにくい条件を考えると、記録密度は低くても４ＤＰ
Ｍ程度で、記録速度は速いものではＡ４サイズ（おおよ
そ３００mm→１２００Ｌｉｎｅ）で１２枚／分程度であ
る。これより、１ラインを記録するのに要する時間は約
４ｍｓ（６０／（１２００×１２））となる。発熱体の
温度は、記録前では２０℃程度であり、記録時（トナー
溶融時）には１８０℃程度まで上がる。トナーのバイン
ダーの熱可塑性は７０℃程度で現れる。熱伝導は１次元
で考える。また、実際には定常状態の温度θｃから記録
温度θｐになるが、θｘ＝（θｃ−θｐ）から０になる
等価的なモデルで考える。

【００２０】以上の条件で両端から熱が伝わる画素の温
度θ（ｘ，ｔ）を発熱体層のバインダーの熱拡散率ａを
パラメーターとして求めた。ただし、ｘは画素の端部か
らの距離（図６）、ｔは両端が発熱を開始（計算では０
になる）してからの時間である。熱伝導方程式は、

【００２１】

【数１】 境界条件は、 θ（０，ｔ）＝θ（ｌ，ｔ）＝０ ｌ：画素の
長さ 初期条件は、 θ（ｘ，０）＝θｘ （０＜ｘ＜１） θｘ：
記録前の温度 熱伝導方程式から、解として次式を仮定する θ＝Ｆ（ｘ）・Ｇ（ｔ） これを方程式に代入すると １／Ｆ・ｄ² Ｆ／ｄｘ² ＝１／ａＧ・ｄＧ／ｄｔ＝−ｐ² これより、 ｄ² Ｆ／ｄｘ² ＝−ｐ² Ｆ ｄＧ／ｄｔ＝−ａｐ² Ｇ Ｆの一般解は、 Ｆ＝Ａ’cos ｐｘ＋Ｂ’sin ｐｘ Ｇの一般解は、 Ｇ＝Ｃ・ＥＸＰ［−ａｐ² ｔ］ θの一般解は、 θ＝ＥＸＰ［−ａｐ² ｔ］（Ａ cosｐｘ＋Ｂ sinｐｘ） （Ａ＝Ｃ・Ａ’，Ｂ＝Ｃ・Ｂ’） 境界条件から、 θ（０，ｔ）＝ＥＸＰ［−ａｐ² ｔ］・Ａ＝０ ∴Ａ＝０ θ（ｌ，ｔ）＝ＥＸＰ［−ａｐ² ｔ］・Ｂsin p ｌ＝０ ∴ｐ＝ｎπ／ｌ （ｎ＝１，２，…） 以上から、

【００２２】

【数２】 初期条件から、

【００２３】

【数３】 この式は、θのフーリエ級数展開になっているため、

【００２４】

【数４】 一方、画素の中央部（ｘ＝１／２）に注目すると、 sin ｐ_n ｘ＝sin （ｎπ／２）＝１，０，−１，０，１，… これらをθの式に代入すると、 θ（ｌ／２，ｔ）＝４θｘ／π・ （ＥＸＰ［−ａ（π／ｌ）² ｔ］ −１／３ＥＸＰ［−９ａ（π／ｌ）² ｔ］ ＋１／５ＥＸＰ［−２５ａ（π／ｌ）² ｔ］ −１／７ＥＸＰ［−４９ａ（π／ｌ）² ｔ］ ＋…）

【００２５】上式で、ｌは画素サイズ（ここでは０．２
５mm）のため、熱拡散率ａの値により時間ｔでの温度θ
が求まる。上式から得られる温度を、発熱体の初期の温
度を２０℃、記録温度を１８０℃として換算した結果を
図７に表す。図７から、熱拡散率ａが１．０×１０
^-6［ｍ／ｓ］以下では記録時間内にはトナーの熱可塑性
温度には達しない事がわかる。以上より、クロストーク
が生じないためには、拡散率が１０^-6［ｍ² ／Ｓ］以下
でなければならない。以上が本発明の第１の実施例であ
る。 第２の実施例 本発明の第２の実施例を図２を用いて説明する。

【００２６】内部の光走査ヘッド１０は第１の実施例同
様記録信号に応じた露光を行う。露光により発熱層４が
通電されて発熱し、現像ローラ１の表面には記録信号に
応じた熱潜像が形成される。

【００２７】一方、現像機１４は、１成分磁性トナー用
のものである。トナー８はマグネットローラ１６の磁気
力により非磁性のスリーブ１５に付着し、スリーブ１５
の回転によりスリーブ１５上を搬送され、ブレード９で
厚さが揃えられ、熱潜像部（現像ポイント）へと搬送さ
れる。ここでトナー層は画像形成ローラ１の熱潜像に触
れる。現像ポイントでは、熱潜像に触れて溶融したトナ
ーは画像形成ローラ１に付着し、熱潜像部に触れなかっ
たトナーは磁気力によりスリーブ１５から離れないため
熱潜像がトナーで現像される。なお、現像機１３の構成
はトナーが安定に供給できるものであれば良く、この方
式に限定されるものではない。

【００２８】トナー像は画像形成ローラ１の回転ととも
に記録紙１１との接点に至る。画像形成ローラ１と記録
紙１１との接点では画像形成ローラ１の内部の露光器１
７により一様な露光を行う。この露光により感光体層３
は導通するため発熱体４は再び発熱し、この熱でトナー
像は溶融し、記録紙１１に転写定着される。露光機１７
から発せられる光は光走査ヘッド１０が走査する領域に
影響を与えないよう考慮する必要がある。このため、本
実施例では遮光板１８を設けてある。

【００２９】トナー像の転写を終えた画像形成ローラ１
は、クリーニングユニット１９で残留トナーが除去され
る。ここで、ローラ１には必要に応じてヒートシンクを
設けても良い。なお、画像形成ローラ１の表面の液体に
対する接触角を記録紙１１の表面の接触角より大きくす
ることによりトナーの転写効率を高めることができるた
め少々の残留トナーを問題にしない場合には、クリーニ
ングユニット１９を省いても良い。ただし、接触角を大
きくし過ぎると熱潜像の現像が困難となるので、現像ロ
ーラの接触角よりは小さくする必要がある。

【００３０】熱潜像の現像は、静電力で行うことも可能
である。この場合、電極層５の外側にＰＥＴなどの高分
子材の絶縁層、ローラ１の外側にチャージャを設ける。
チャージャで絶縁層を一様に帯電させた後、光走査ヘッ
ド１０で熱潜像を形成する。高分子材は高温になると導
電性が向上するため、熱潜像に応じて絶縁層の表面電荷
が電極層５に逃げ、絶縁層に静電潜像が形成される。こ
れを反転現像すればトナー像が得られる。この方式の場
合、チャージャを用いるためオゾンレスとはならない
が、電子写真プロセスを用いることができるため安定し
た現像が行える。

【００３１】

【発明の効果】本発明の記録装置においては、一般のサ
ーマル記録ヘッドに使用される主走査方向及び副走査方
向の発熱抵抗体素子アレイを個々に通電することにより
選択的に発熱させるのではなく、発熱抵抗体層を選択的
に導電させることにより、通電して発熱を行なうもので
ある。したがって、その解像度が、発熱抵抗体素子アレ
イのピッチに制限されない。このため、本発明の記録装
置を用いると、得られる画像は、サーマル転写記録画像
でありながら光学系とほぼ同じレベルまで高解像度化さ
れ、ＴＰＨよりも高速にサーマル転写記録が行える。さ
らに、トナーを直接転写するためランニングコストが低
くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の説明図。

【図２】本発明の第２の実施例の説明図。

【図３】加圧導電性ゴムの荷重−抵抗特性を示すグラフ
図。

【図４】ＺｎＯバリスタの電流電圧特性を示すグラフ
図。

【図５】負性抵抗素子の電流電圧特性を示すグラフ図。

【図６】発熱体の温度上昇計算時のモデル。

【図７】発熱体層バインダーの熱拡散率と温度上昇の関
係を表すグラフ図。

【符号の説明】

１…画像形成ローラ、２…透明電極層、３…感光体層、
４…発熱体層、５…表面電極層、６…直流電源、７…ト
ナー室、８…トナー、９…ブレード、１０…光走査装
置、１１…記録紙、１２…プラテン、１３…直流バイア
ス、１４…現像器、１５…スリーブ、１６…マグネット
ローラ、１７…露光器、１８…遮光板、１９…クリーニ
ングユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平原 修三 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内 (72)発明者 森 昌文 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 着色剤を被記録媒体に溶融転写して画像
   を形成する記録装置において、感光層、該感光層上に設
   けられた厚さ方向と直交する方向の熱拡散率が１．０×
   １０^-6ｍ² ／秒以下の発熱抵抗体層、該感光層上に設け
   られた光透過性の第１の電極、及び該発熱抵抗体層上に
   設けられた第２の電極を有する画像形成手段と、前記第
   １の電極に対向するように設けられ、画像信号に従って
   該第１の電極を通して前記感光体層を選択的に露光する
   手段とを具備する記録装置。
2. 【請求項２】 着色剤を被記録媒体に溶融転写して画像
   を形成する記録装置において、光透過性の第１の電極
   層、感光体層、発熱層、及び第２の電極層の順に構成さ
   れた記録ヘッドと、前記透明電極層側から前記感光体を
   選択的に露光する手段とを具備することを特徴とする記
   録装置。
3. 【請求項３】 着色剤を被記録媒体に溶融転写して画像
   を形成する記録装置において、ローラ表面に熱潜像を形
   成する手段と、前記熱潜像を着色記録剤で現像する手段
   と、現像された着色記録剤像を被記録媒体に転写する手
   段とを具備する記録装置。