JPH07333955A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焦電効果による静電潜像形成を利用した画像
記録装置において、加熱手段の蓄熱により生じる記録濃
度変化を抑制し、画像品質に優れた記録を可能とする。 【構成】 潜像電荷保持媒体３の焦電体層１表面は、サ
ーマルヘッド４により画像信号に応じて選択的に加熱さ
れる。潜像電荷保持媒体３の被加熱部分には電荷が発生
し、焦電体層１表面に静電潜像１７が形成される。形成
された潜像１７は現像器７によりトナー現像される。こ
のとき、現像スリーブ１０には、温度センサ２１により
検知されたサーマルヘッド温度をもとに求められた適切
なバイアス電圧が印加される。これにより、潜像１７と
現像スリーブ１０との間の電位コントラストが常に適正
範囲に調整され、加熱手段の蓄熱等の原因により潜像電
荷密度が過剰となった場合においても、記録濃度の増加
や画像の“かぶり”が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンター、ファック
ス、複写機等に適用される画像記録装置に関し、さらに
詳しくは、焦電効果を利用して形成した静電潜像を帯電
せしめた着色媒体により現像し、これを記録媒体に転写
・定着させることにより画像形成を行う画像記録装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】焦電性材料は、加熱により材料表面に電
荷を発生させる性質をもっており、こうした特性を画像
記録に応用しようとする提案がこれまでに幾つか開示さ
れている。すなわち、焦電性材料を画像情報に応じて選
択的に加熱することにより焦電材料上に静電潜像を形成
し、これを帯電させた着色媒体で顕像化することによっ
て画像記録を行おうとするものである。

【０００３】初めて焦電性材料を利用した画像記録装置
が開示されたのは、米国のバーグマン（Ｂｅｒｇｍａ
ｎ）らによるものである。彼らは、米国特許第３，８２
４，０９８号およびアプライド・フィジックス・レター
ズ（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ），Ｖｏｌ．２１（１０），１９７２年，４９７頁−
４９９頁において、焦電材料にポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）を使用した複写装置を提案している。この
装置では、図５に示すように、光源４６より照射された
ランプ光を原稿４５を透過させ、焦電体層４３と導電体
層４４を積層した板に照射して画像パターンに応じた加
熱を行う。焦電体層４３表面には焦電効果により潜像電
荷が発生し、これを帯電させた着色粒子（トナー）４７
によって現像することによりトナー画像が得られる。得
られたトナー画像は記録紙等に転写されることにより原
稿の複写が得られる。

【０００４】その後、焦電性材料の加熱方法として様々
な方式を用いたものが開示されている。例えば、加熱手
段にサーマルヘッド（熱素子アレイ）を用いる方式が、
山崎ら（特開昭５６−１５８３５０号公報）、松下（特
開昭５７−７０６７７号公報）、酒井ら（特開昭６０−
１０４９６５号公報）、およびスネリング（Ｓｎｅｌｌ
ｉｎｇ）（特開平５−１３４５０６号公報、米国特許第
５，１８５，６１９号）などによって開示されている。
また、レーザ光を用いた加熱方式が、山崎ら（前出公
報）、奥山ら（特開平１−１６１３７０号公報）等にお
いて開示されている。

【０００５】スネリングの提案した装置をもとに、図４
を参照しながら、加熱手段に熱素子アレイを用いた従来
の画像記録装置の基本構成を説明する。潜像が形成され
る潜像電荷保持媒体３１は、焦電体層３２および導電体
層３３から成る。潜像電荷保持媒体３１の加熱は、コン
トローラ３６によって制御された熱素子アレイ（加熱
針）３４によって行われる。なお、潜像電荷保持媒体３
１が冷却された後に大きな潜像電荷密度を得るために
は、加熱時において焦電体層表面に発生した電荷を中和
することが重要である（潜像の形成過程については、実
施例１の中で詳しく解説する）。そのためスネリング
は、加熱針３４の表面に接地された導電体層３５を設け
ることによって、加熱時に発生する電荷を導電体層３５
を通して中和する方法を用いている。潜像電荷保持媒体
３１が冷却されると、焦電体層３２表面には潜像３７が
形成される。形成された潜像３７は、現像装置３８によ
ってトナー現像され、次いで、転写手段４１によって記
録媒体４０に転写され、記録紙上に画像４２が形成され
る。転写されたトナーは、定着器（図示せず）によって
紙面上に定着される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来の画像記録装置では、加熱手段の温度や環境温度の
変動が最終的な記録濃度に変化を及ぼし、記録画像の品
質を劣化させるという問題があった。具体的には、連続
記録に伴う加熱手段の温度上昇（蓄熱）、あるいは装置
内環境温度の上昇などが発生すると、記録画像の濃度が
過剰となったり、非画像部への着色媒体の付着（かぶ
り）が発生するなどの問題が生じた。

【０００７】こうした加熱手段の蓄熱や環境温度変動に
対しては、一般に、加熱手段の発熱量制御による補正方
法がよく用いられる。すなわち、温度センサで加熱手段
の平均温度や環境温度を検出し、これを加熱手段の制御
回路にフィードバックさせて発熱量を減少させることに
より、過剰な加熱を防止する方法である。従来の熱転写
記録においては、サーマルヘッドの蓄熱補正方法とし
て、このような方式がしばしば用いられている。

【０００８】しかし、上記のような加熱手段の発熱量制
御では、焦電性材料を用いた画像記録において、加熱手
段の蓄熱や環境温度変動の影響を完全に除去することは
不可能である。以下、具体例を挙げてその理由を説明す
る。

【０００９】加熱手段にサーマルヘッドを用いた場合を
想定し、いま仮に、蓄熱や環境温度変動によってサーマ
ルヘッドが全体的に１０℃温度上昇したとする。サーマ
ルヘッドのベース温度が上昇すると、記録画像に対して
二つの影響が生じる。

【００１０】第一の影響は、画像部の温度上昇が過剰に
なることである。つまり、画像部の温度上昇量を９０℃
に設定していても、ベース温度が１０℃上昇してしまう
と、画像部の実際の温度上昇量は１００℃となってしま
い、結果的に記録濃度が過剰に増加したり、潜像電荷保
持媒体に熱的ダメージが発生するなどの問題が生じる。

【００１１】第二の影響は、非画像部に“かぶり”を発
生させることである。つまり、潜像電荷保持媒体の非画
像部は、本来加熱されないはずであるが、蓄熱したサー
マルヘッドに接触することによって非画像部の焦電体層
も１０℃加熱されてしまうことになる。焦電性材料は加
熱温度にほぼ比例して潜像電荷を発生させるため、非画
像部においても１０℃の温度上昇に対応した潜像電荷が
発生し、これが“かぶり”の発生原因となってしまう。

【００１２】上述した加熱手段の発熱量制御を実行すれ
ば、第一の影響、すなわち画像部の過剰な温度上昇を防
止することは可能となる。しかしながら、非画像部に発
生する“かぶり”を発熱量制御によって防止することは
不可能である。何故なら、非画像部の温度上昇に対し
て、加熱手段の発熱量制御はなんら補正効果を有しない
からである。熱転写記録の場合に発熱量制御による蓄熱
補正が有効であるのは、インクの融点以下の温度では記
録（インクの転写）が実行されないという熱転写記録特
有の性質があるためである。つまり、熱転写記録では非
画像部が１０℃程度温度上昇しても“かぶり”が発生し
ないため、非画像部の温度上昇に対する考慮は一般に不
要なのである。一方、焦電性材料を用いた画像記録で
は、非画像部における僅かな温度上昇が“かぶり”の発
生原因となるため十分な対策が必要となるのである。

【００１３】上記のように、焦電性材料を用いた画像記
録装置において、加熱手段の蓄熱や環境温度変動による
影響を完全に除去することは極めて困難である。特に画
像の“かぶり”を防止することは従来の方法では不可能
であった。

【００１４】本発明は上述のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、連続記録等によって加熱手段の平均温
度が上昇したり、装置内環境温度が変動した場合におい
ても、記録濃度を均一に保ち、高い画像品質を得られる
画像記録装置を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明における第一の発
明の画像記録装置は、焦電体層を有する潜像電荷保持媒
体と、該潜像電荷保持媒体を画像信号に応じて選択的に
加熱し静電潜像を形成せしめるための加熱手段と、前記
潜像電荷保持媒体上に形成された静電潜像を帯電せしめ
た着色媒体によって顕像化する現像手段とを少なくとも
有し構成される画像記録装置において、前記加熱手段の
温度、潜像電荷保持媒体の温度、および装置内環境温度
のいずれか若しくは複数の温度を検出する手段を具備
し、得られた温度データに応じて前記現像手段から前記
潜像電荷保持媒体上に供給される着色媒体量の制御を行
う手段を有することを特徴とする。

【００１６】また、本発明における第二の発明の画像記
録装置は、前記着色媒体供給量制御を行う手段が、現像
手段に印加される現像バイアス電圧を制御するバイアス
電圧制御器であることを特徴とする。

【００１７】

【作用】焦電体層を有する潜像電荷保持媒体は、加熱手
段によって画像信号に応じて局所的に加熱される。潜像
電荷保持媒体の被加熱部では、焦電体層内の分子配向状
態に変化が生じ、結果的に、焦電体層表面に潜像電荷を
発生させる。

【００１８】潜像が形成された潜像電荷保持媒体は、帯
電された着色媒体と近接あるいは接触されることにより
着色媒体が焦電体層表面に選択的に付着され、潜像の顕
像化（現像）が行われる。このとき、現像手段からの着
色媒体供給量は良好な記録画像が得られるように制御さ
れる。すなわち、温度検出手段により得られた加熱手段
温度、潜像電荷保持媒体温度、および装置内環境温度の
いずれか若しくは複数の温度データをもとに、最適な着
色媒体供給量が設定される。

【００１９】着色媒体供給量は、現像手段に印加される
バイアス電圧などによって制御される。すなわち、加熱
手段の蓄熱が著しく、潜像電荷保持媒体の加熱が過剰と
なる場合には、現像手段の現像電極に印加するバイアス
電圧を潜像電荷と同極性の方向に増加させ、潜像と現像
手段との間の電位コントラストを小さくする。現像工程
における電位コントラストが小さくなると、潜像電荷保
持媒体上に付着させられる着色媒体の量が減少する。そ
の結果、記録濃度の過剰な増加、あるいは非画像部への
着色媒体の付着（画像のかぶり）が防止される。

【００２０】

【実施例】以下、図１および図２を参照して本発明の実
施例について説明する。

【００２１】（実施例１）図１は、本発明の画像記録装
置の一実施例を示した図である。本実施例の画像記録装
置は、無端ベルト状の潜像電荷保持媒体３、サーマルヘ
ッド４、導電体層５、温度センサ２１、バイアス電圧制
御器２２、現像手段としての現像器７、転写ローラ１
２、および定着器１５等から構成される。

【００２２】潜像電荷保持媒体３には、焦電体層１（厚
さ約３０μm ）と導電体層２（厚さ約５００オングスト
ローム）の２層からなるフィルムを無端状にしたベルト
を用いた。焦電体層および導電体層の材料には、それぞ
れＰＶＤＦおよびアルミを用いた。導電体層２は、導電
ローラ２０を介して常に接地電位に保った。

【００２３】本実施例で使用したサーマルヘッド４は熱
転写記録用として一般に用いられているライン型サーマ
ルヘッドであり、ジュール熱により発熱する微小発熱素
子が、約８３μm ピッチ（３００ｄｏｔ／ｉｎｃｈ）で
潜像電荷保持媒体３の幅方向に一列に並んだ構造をして
いる。これらの発熱素子を、コントローラ１６により画
像信号に応じて選択的に発熱させ、潜像電荷保持媒体３
を加熱した。

【００２４】サーマルヘッド４の表面には、導電体層５
が発熱部を覆うように形成されている。この導電体層５
は、加熱時に焦電体層表面を電荷中和するために用いら
れる。この導電体層５の機能を説明するために、ここ
で、本実施例における潜像の形成過程を図３を用いて詳
しく説明する。

【００２５】潜像電荷保持媒体の焦電体層５１は分子の
自発分極により表面に分極電荷を有しているが、初期状
態においてこの表面電荷は全て中和された状態となって
いる（図３（ａ）参照）。すなわち、空気中に存在する
浮遊電荷や、導電性ブラシ等の中和手段から供給された
電荷５３が焦電体層５１表面に付着し、電気的に中和状
態となっている。ここでは仮に、焦電体の自発分極によ
り焦電体層表面に発生する分極電荷を正極性、焦電体層
表面に付着した真電荷を負極性として説明する。

【００２６】潜像電荷保持媒体が加熱されると、焦電体
層内の分子配向状態が変化し、焦電体層５１表面に発生
する分極電荷の量が減少する。そのため、表面に付着し
ていた負電荷の量が過剰となり、結果的に焦電体層表面
は負極性に帯電することになる（図３（ｂ）参照）。こ
のとき、焦電体層表面に電荷中和手段５５が接触あるい
は近接されていると、焦電体層５１表面に生じた過剰電
荷は電荷中和手段によって除去され、焦電体層表面は再
び中和状態となる（図３（ｃ）参照）。

【００２７】加熱が終了し、潜像電荷保持媒体が初期温
度に冷却されると、焦電体層内部の分極状態も初期状態
に戻る。このとき焦電体層表面は既に電荷中和状態から
分離されているため、焦電体層表面の負電荷は不足状態
となり、見かけ上、焦電体層表面は正極性に帯電するこ
とになる（図３（ｄ）参照）。つまり、潜像電荷保持媒
体の被加熱部分には、冷却後に正極性の潜像が形成され
ることになる。

【００２８】こうして形成された潜像は、空気中に存在
する浮遊電荷が付着することにより徐々に消失されてい
くが、こうした現象は一般に時間がかかるため、通常は
数時間〜数十時間程度保持することが可能である。

【００２９】図１の導電体層５は、上記の電荷中和手段
として設けられたもので、本実施例では、サーマルヘッ
ド表面に厚さ約１０００オングストロームのアルミもし
くはクロムの金属薄膜を蒸着により形成することにより
構成している。なお、電荷中和手段の材料および構造
は、本実施例で示したものに限定されるものではなく、
導電性有機材料の薄膜、導電性フィルムをサーマルヘッ
ドと焦電体層の間に挟んだ構造など、他の材料・形態を
用いることが可能である。

【００３０】加熱が終了した潜像電荷保持媒体を自然冷
却により室温に戻し、潜像１７を形成した。なお、潜像
電荷保持媒体３の冷却は、自然冷却の他、強制空冷ある
いはヒートシンクとの熱伝導など、強制的な冷却手段を
用いることも可能である。

【００３１】潜像電荷保持媒体３上に形成された潜像１
７は、現像器７を用いて現像した。本実施例では、現像
方法に二成分磁気ブラシ現像を用いた。すなわち、絶縁
性および非磁性の着色粒子（トナー）を磁性キャリヤ粒
子と混合し、両者の摩擦によりトナーを帯電させ、キャ
リヤ表面に付着させた状態の現像剤８を、マグネットロ
ーラ９を内包したスリーブ１０上に保持し、潜像電荷保
持媒体３と接触させることにより、潜像電荷保持媒体３
上の電荷分布に応じて選択的にトナーを付着させ、潜像
の顕像化を行った。

【００３２】ここで、スリーブ１０には、バイアス電圧
制御器２２を用いてバイアス電圧を印加した。印加する
バイアス電圧は、温度センサ２１（サーミスタ）より得
られたサーマルヘッド４の代表温度をもとに、潜像１７
とスリーブ１０の間に適切な電位コントラストが得られ
るように制御した。すなわち、サーマルヘッド４の蓄熱
により、非画像部にも潜像電荷が発生する場合において
も、非画像部にはトナーが付着されないようにバイアス
電圧の設定を行った。

【００３３】現像を終えた潜像電荷保持媒体３は、記録
媒体である記録紙１１と重ね合わせ、電圧を印加した転
写ローラ１２を記録紙１１背面より押し当てることによ
り、トナーを記録紙１１表面に静電転写した。本実施例
では、導電性ゴムローラに約＋１ｋＶの電圧を印加し
て、トナーの静電転写を行った。

【００３４】トナーを転写された記録紙１１を、ヒート
ローラ１３と圧力ローラ１４からなる定着器１５を通す
ことにより、記録紙１１の表面のトナーを一旦溶融状態
とすることにより記録紙１１への定着を行った。

【００３５】なお、潜像の現像方法、現像剤の種類、記
録媒体への転写方法、および記録媒体への定着方法など
については、本実施例で用いた方式に限定されるもので
はなく、従来の電子写真記録で用いられるような他の方
式を用いても同様の効果を得ることが可能である。

【００３６】トナーを記録紙１１に転写した後、潜像電
荷保持媒体３は再び潜像形成部（サーマルヘッド部）に
搬送され、次の潜像形成が実行される。これに先立ち、
潜像電荷保持媒体３上に未転写トナーが残存する場合に
は、必要に応じてクリーナー（図示せず）を用いた除去
が行われる。

【００３７】また、トナーを転写した後の潜像電荷保持
媒体３には、潜像電荷が残存している場合がある。この
場合には、必要に応じて接地した導電性ブラシ（図示せ
ず）等を焦電体層１表面に接触させることにより、簡単
に焦電体層１表面の潜像電荷の中和を行い、潜像電荷保
持媒体３を初期状態に戻すことができる。

【００３８】上記のような装置構成のもとで記録実験を
実行した結果、連続記録を行いサーマルヘッドに蓄熱が
発生した際にも、画像の“かぶり”の無い良好な記録が
可能となることが確認された。また、サーマルヘッド発
熱素子の温度制御により多階調記録を行った場合におい
ても、記録濃度に高い安定性が得られ、高品質の画像記
録が行えることが確かめられた。

【００３９】（実施例２）図２は、潜像形成工程と現像
工程を同時に実行する方式を用いた場合の本発明の一実
施例を示した図である。装置の構成要素は実施例１とほ
とんど共通であり、図中においても同一の符号を用いて
示した。

【００４０】潜像電荷保持媒体３の加熱は、潜像電荷保
持媒体３の導電体層２側に圧接されたサーマルヘッド４
により行った。本実施例では、サーマルヘッド４と向か
い合うように現像器７を配置し、潜像電荷保持媒体３の
加熱と同時に、潜像の現像を行った。この場合には、実
施例１で述べたような複雑な潜像形成プロセスは必要で
ない。すなわち、潜像電荷保持媒体３の被加熱部では、
焦電体層内に分子配向状態の変化が生じ、焦電体層表面
に発生する分極電荷の量が減少する。そのため、表面に
付着していた真電荷の量が過剰となる（図３（ｂ）参
照）。この過剰電荷に、逆極性に帯電させた着色媒体を
接触あるいは近接させると、着色媒体が焦電体層表面に
付着し、現像が行われる。本実施例では、着色媒体に正
極性に帯電させたトナーを用いた。現像器の構成は実施
例１で示したものと同じである。

【００４１】ここでも、現像器７のスリーブ１０にはバ
イアス電圧制御器２２を用いてバイアス電圧を印加し
た。サーマルヘッドの蓄熱温度を検知する温度センサ２
１、装置内環境温度を検知する温度センサ２１ａ、およ
び潜像電荷保持媒体温度を検知する温度センサ２１ｂよ
り得られた温度情報をもとに、潜像１７とスリーブ１０
の間に適切な電位コントラストが得られるようにバイア
ス電圧の制御を行った。

【００４２】その後の現像、転写、定着などの各記録プ
ロセスについては、実施例１で示したのと同様の方式を
用いることにより、記録紙１１上に所望とする記録画像
１９を得ることができる。

【００４３】以上、実施例をもって本発明を詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもの
ではない。例えば、上記の実施例において加熱手段に全
てライン型サーマルヘッドを用いたが、シリアル型サー
マルヘッド、レーザ光、光シャッタ等を用いたランプ加
熱、フラッシュ加熱など、あらゆる加熱手段を用いるこ
とが可能である。

【００４４】また、上記の実施例において、潜像電荷保
持媒体はベルト状としたが、ドラム状、平板状など、他
の形状のものを用いても同様の効果を得ることが可能で
ある。

【００４５】また、上記の実施例において、記録媒体は
全て紙としたが、その他様々な記録媒体に対して本発明
が有効であることは明白である。また、記録媒体に対す
る着色媒体の転写および定着は必ずしも必要でなく、一
時的に記録媒体上に着色媒体を保持することにより、表
示板等、一時的に情報表示する機器への応用も可能であ
る。

【００４６】また、上記の実施例において、着色媒体は
全て着色粒子（粉体トナー）としたが、液体トナー、液
状インクなど、他の形態の着色媒体を使用してもよい。

【００４７】さらに、上記の実施例では、着色媒体の供
給量制御方法として、全て現像手段にバイアス電圧を印
加する方法を用いたが、これ以外の方法を用いることも
可能である。例えば、現像スリーブの回転数制御や、着
色媒体の帯電量制御などによっても、着色媒体の供給量
を制御することが可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、連続記録によって加熱
手段が蓄熱したり、環境温度が変動した場合において
も、記録濃度を一定に保ち、かつ画像の“かぶり”を防
止し、高い画像品質の記録が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための図である。

【図２】本発明の別の実施例を説明するための図であ
る。

【図３】潜像の形成過程を説明するための図である。

【図４】従来技術による画像記録装置の構成を説明する
ための図である。

【図５】ランプ光加熱を用いた従来技術による画像記録
装置の基本構成を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 焦電体層 ２ 導電体層 ３ 潜像電荷保持媒体 ４ サーマルヘッド ５ 導電体層 ７ 現像器 ８ 現像剤 １１ 記録紙 １２ 転写ローラ １５ 定着器 ２１ 温度センサ ２２ バイアス電圧制御器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】焦電体層を有する潜像電荷保持媒体と、該
   潜像電荷保持媒体を画像信号に応じて選択的に加熱し静
   電潜像を形成せしめるための加熱手段と、前記潜像電荷
   保持媒体上に形成された静電潜像を帯電せしめた着色媒
   体によって顕像化する現像手段とを少なくとも有し構成
   される画像記録装置において、前記加熱手段の温度、潜
   像電荷保持媒体の温度、および装置内環境温度のいずれ
   か若しくは複数の温度を検出する手段を具備し、得られ
   た温度データに応じて前記現像手段から前記潜像電荷保
   持媒体上に供給される着色媒体量の制御を行う手段を有
   することを特徴とする画像記録装置。
2. 【請求項２】前記着色媒体供給量制御を行う手段が、現
   像手段に印加される現像バイアス電圧を制御するバイア
   ス電圧制御器であることを特徴とした請求項１記載の画
   像記録装置。