JP2012068635A - 静電像部材およびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より少ないステップで、および、ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）を用いることなく、または、電荷担体を用いずに、静電潜像をディジタル的に生成することができる静電潜像生成部材、およびその使用方法を提供する。
【解決手段】支持基板１０の上または中に配列された個々にアドレス指定可能な画素パッドを有する支持基板１０と、画素パッドの上に配置された誘電体層２０とを含む静電像部材５を用い、静電像部材５の誘電体層２０の表面に静電気帯電器４０を用いて静電像を生成し、画素パッドを選択的に接地することにより印刷パターンを得る。
【選択図】図３

Description

開示される本実施形態は、今までにない像部材、すなわち、単一のステップである帯電プロセスを介してディジタル的に静電潜像を生成することができる静電潜像生成部材に関するものである。この実施形態は、例えば、電荷移動度問題、不安定なサイクル、表面の磨耗、側方の電荷移動、および、光衝撃に対する感度といった、一般に知られている光受容体によって被られる不都合を有していない、今までにない静電潜像の生成方法を提供する。

従来の電子写真印刷では、通常、光受容体として知られている電荷保持表面を、静電気的に帯電し、次に、原型画像の光パターンにさらすことによって、原型画像に従って表面を選択的に放電する。光受容体における得られた帯電領域および放電領域のパターンは、原型画像と一致した潜像として知られている静電気帯電パターンを形成する。潜像は、トナーとして知られている細かく分けられた、静電気によって引き付けることができる粉と接触することによって、現像される。トナーは、光受容体の表面に静電気的に帯電することによって、画像領域に保持される。従って、再生または印刷される原型の光画像に基づいて、トナー画像は形成される。次に、トナー画像は、直接、または、中間転写部材を用いることによって、基板または支持部材（例えば、紙）に転写され、再生または印刷される画像の永久的な記録を形成するために、画像は中間転写部材に付着され得る。現像に続いて、電荷保持表面に残った余分なトナーは、表面から除去される。このプロセスは、原型からの光学レンズの複写に、または、例えばラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）を用いて印刷用に電子的に生成または格納された原型に有効である。ここで、帯電した表面を、様々な方法によって画像様に放電され得る。

従って、一般に知られているゼログラフィック印刷が、光受容体を帯電するステップ、潜像を現像するステップ、現像された画像を転写および融着するステップ、および、光受容体を消去および除去するステップといった、複数のステップを含んでいることが、理解され得る。これらの複数のステップは、多くの電気機械的な部品を必要とし、そのために、システムの故障または障害の機会をより作り出してしまう。さらに、より小さい、より速い、より高性能な、コストのあまりかからない、環境に優しい機械を用いることに意識を向けるという、産業界の傾向がある。従って、エンジン構造を再設計する必要があり、これによって、例えば帯電中に単一のステップにおいて潜像を生成できる印刷機器といった、より少ないステップおよびより少ない個別部品を用いた機械を実現し、そうすることにより、ＲＯＳはもはや必要ではなくなる。

本実施形態は、帯電プロセス中に潜像を生成できる像部材を提供する。静電像部材は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の背面配線板と誘電体の表面薄層との間にはさまれた、画素として並べられたディジタル的にアドレス指定可能な金属性のパッドを含んでいる。ここで、各画素パッドは、個々に、トランジスタの背面配線板を介して、選択的に、絶縁されるか、または、アース端子に接続され得る。例えばコロトロンなどのコロナ源に装置の誘電体表面をさらしている間、画像に関係するように画素パッドは選択的に接地することによって、静電潜像を像部材の誘電体表面に生成され得る。イオン化されたコロナ気体は、誘電体層の下に位置する接地された画素に静電気によって選択的に引き付けられることになる。

本実施形態によって提示される付加的な利点は、像部材の外面に位置する層を、一連の誘電体材料から選択することができ、これにより、従来の有機光受容体よりも磨耗を最小化することができる点にある。これにより、本実施形態は、装置の寿命を延ばすことができる。

米国特許出願番号第１２／３６６６６５号（ＭｃＧｕｉｒｅ他、出願日：２００９年２月６日）、および、米国特許出願番号第１２／３６６６８０号（Ｓｋｏｒｏｋｈｏｄ他、出願日：２００９年２月６日）については、これら全体を参照のためにここに示すが、これらは、放電しているＴＦＴ、または、アドレス指定または放電しているＴＦＴ光受容体、に連結された帯電しているスコロトロンを介して、潜像を形成するための装置について記載している。しかし、これらの設計には、なおも、所望の静電像を生成するために、光受容体の表面を選択的に放電するための電荷担体を使用する必要がある（つまり、装置には、電荷輸送化合物の取り込みが必要である）。

本実施形態は、より小さい、より高性能な、および、より効率的な機械となるように、ゼログラフィックマーキングプロセスのディジタル化を提供する。

用語「光受容体」または「光伝導体」は、通常、用語「像部材」と同義的に用いられる。用語「電子写真の」は、「電子写真の」および「ゼログラフィック」を含んでいる。用語「電荷輸送分子」は、通常、用語「正孔輸送分子」または「電子輸送分子」と同義的に用いられる。

ここに図示した態様に従って、支持基盤の上または中に配置された個々にアドレス指定可能な画素パッドを有する支持基板と、個々にアドレス指定可能な画素パッドの上に配置された誘電体層とを含む、静電像部材を提供することと、静電像部材に静電気帯電器を用いることと、および、静電像を生成することとを含む、静電潜像の生成方法について提示する。ここで、静電像は、静電像部材の誘電体層の表面に静電気帯電器を用いている間に印刷されるパターンで、選択された画素パッドを接地することによって、単一のステップで生成される。

もう１つの実施形態では、支持基盤の上または中に配置された個々にアドレス指定可能な画素パッドを有する支持基板、および、配列状に支持基板にパターニングされる個々にアドレス指定可能な画素パッドの上に配置された誘電体層を含む、静電像部材と、静電気帯電装置とを含み、静電像部材の誘電体層の表面に静電気帯電器を用いている間に印刷されるパターンで、選択された画素パッドを接地することによって静電像が生成される静電像装置について提示する。

さらにもう１つの実施形態では、ａ）個々にアドレス指定可能な画素パッドが上または中に配置された支持基板を含む静電像部材と、配列状に支持基板にパターニングされる個々にアドレス指定可能な画素パッドの上に配置された誘電体層と、静電像部材の誘電体層の表面に静電気帯電器を用いている間に印刷されるパターンで、選択された画素パッドを接地することによって静電像が生成される静電気帯電装置とを含んだ静電潜像を受け取るための電荷保持表面を有する静電像装置と、ｂ）現像された画像を電荷保持表面に形成するために、静電潜像を現像するための現像剤材料を、電荷保持表面に塗布するための現像部品と、ｃ）現像された画像を電荷保持表面から複写基板に転写するための転写部品と、ｄ）現像された画像を複写基板に融着するための融着部品とを含んだ記録媒体に画像を形成するための画像形成装置を提示する。

様々な本実施形態にかかる静電潜像部材の断面図である。 本実施形態にかかる図１に示した模範的な静電潜像部材の一部の平面図である。 本実施形態にかかる静電潜像部材の断面の他の図である。 本実施形態にかかる静電潜像を形成する模範的な方法を概略的に示す図である。

光受容体に基づくゼログラフィックプロセスには、制限された電荷移動度（および、それ故に、制限されたシステム応答時間および印刷速度）、不安定なサイクル、表面の磨耗、側方の電荷移動、光衝撃に対する感度、および、システムにおいてかなりの空間を占め、システムのコストを上げている、コストのかかる光源（例えば、ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ））の必要性を含む、いくつかの不都合がある。さらに、レーザー光にさらすことが、画像の歪みを引き起こし、画像解像度を抑制する様々な寄生効果に関連している。これらの問題に対するいくつかの解決策が、長年の間提案されてきたが、問題を完全に解決することができなかった。

開示された本実施形態は、通常、従来の画像形成装置よりもかなり少ないステップおよび電気機械部品を必要とする形で、ゼログラフィックマーキングプロセスのディジタル化を提供する今までにない像部材に関するものである。特に、本実施形態は、単一のステップである帯電プロセスで、および、ＲＯＳまたは電荷担体を用いることなく、ディジタル的に静電潜像を生成することができる静電潜像生成部材を提供する。潜像は、単一のステップで生成される。ここで、画像に関して印刷されるパターンで、表面が帯電される。静電潜像は帯電中に装置に生成される。なぜなら、例えばＲＯＳを介して、印刷されるものと類似した光のパターンに、画像受容体にさらす必要はもはやないからである。さらに、本発明において表面電位を放電しない場合、もはや光生成顔料または電荷輸送分子を含む必要はない。

実施形態では、図１に示したように、静電像部材５は、上に誘電体層２０が配置された、駆動回路によってアドレス指定された金属画素パッドのシステムを形成するために、電極１５に順に接続されているトランジスタ３０に接続されたディジタル的にアドレス指定可能な金属画素パッド２５を備えた支持基板１０を含んでいる。ディジタル的にアドレス指定可能な画素パッド２５は、超小型であり、配列状に支持基板１０にパターニングされる。ここで、各画素パッドは、個々に、選択的に絶縁されることができるか、あるいは、トランジスタ／電極駆動回路を介して接地接続されることができる。例えばコロトロン、スコロトロン、または、誘電体ギャップ帯電器（例えばバイアスをかけられた電荷ロール）といった静電気帯電器に装置の誘電体の表面をさらしている間に、画像様式で画素パッドを選択的に接地することによって、像部材の誘電体の表面に静電潜像を生成することができる。このように、プラスまたはマイナスに帯電したイオン化気体が、誘電体層の下で接地された画素パッドに静電気によって選択的に引き付けられる（図３）。従って、所望の静電像を、帯電プロセス中に誘電体の表面に生成することができる。すなわち、帯電器によって放射される静電気帯電は、接地された画素の領域において、および従って、印刷される画像のパターンで、装置の表面に選択的に引き付けられる（図３に示したように）。今までにない装置における静電像の形成に続いて、ゼログラフィック電荷領域の現像および転写プロセスは、一枚の紙または他の基板上に画像を印刷するために用られ得る。この点から、電子写真印刷プロセスを、従来のように継続することができる。例えば、像部材の静電像とは逆の電荷を有するトナーを有する、静電潜像の従来の帯電領域の現像に続いて、トナーを受信用の紙に転写および融着する。

図４Ａおよび図４Ｂでは、接地された画素にコロナ電荷を引き付けることが示されている。引き付けは、キャパシタの帯電と類似している。図４Ａでは、電圧源５５（コロナ帯電器）が、接地電極を有する像部材の領域のすぐ上に位置する場合に生じることを表す回路５０が示されている。図示したように、電極６０の正の電子電荷（正孔）が、像部材の表面における正のコロナイオンと類似しており、電極６５における負の逆電荷は、接地された画素パッドと類似している。キャパシタ７０は、像部材における誘電体層と類似している。図４Ｂでは、コロナ帯電器が接地電極７５を有する像部材の領域上に即座に位置することから離れて移動されると同時に生じるものを代表する回路５０が示されている。プラスに帯電したコロナイオンは、回路との接続を切られるときにキャパシタが電荷を保持すると同時に、所定の位置、画素パッドにおける負の逆電荷によって像部材の表面に保持される。

これらの原理に基づいて、駆動回路は、コロトロン帯電器が適切な画素パッドを通過する時間の間に適切な画素パッドを選択的に接地する必要があり、これにより、所望の静電像が生成され得る。帯電される画素パッドをコロトロン帯電器が通過して初めて、画素パッドは接地を解除され得る。従って、駆動回路のタイミング、画素パッドの接地の制御、および、コロトロンの動作を同期させる必要がある。

言及したように、静電潜像をこのように生成することにより、装置の表面層において電荷輸送分子を取り込む必要がなくなる。このことにより、従来の有機光受容体と比べて磨耗を最小化するように、像部材の表面層を一連の誘電体材料から選択することができるとき、付加的な利点が提供され、従って、装置の寿命が延びる。特定の実施形態では、誘電体層２０は、ポリカーボネートを含んでいるが、他の実施形態では、誘電体層２０は、任意の誘電体材料を含んでいてもよいが、例えば、シリケートガラス、ポリエポキシド、ポリ（スチレン−ブロック−ブタジエン−ブロック−スチレン）などに限定されるものではない。実施形態では、誘電体層２０の厚さは、約１ミクロンから約１００ミクロン、または、約２０ミクロンから約４０ミクロンである。１実施形態では、誘電体層２０の厚さは、３０ミクロンである。

像部材は、さらに、１つまたは複数の画素パッド２５に連結された、電極１５および１つまたは複数のトランジスタ３０の配置を用い得る。電極１５およびトランジスタ３０の配置により、電極１５およびトランジスタ３０は、液晶表示装置におけるトランジスタ背面配線板と同様に、支持基板１０に埋設されて、基板表面に配置された画素パッドに連結され得る。あるいは、駆動回路の電極１５およびトランジスタ３０の配置により、電極１５およびトランジスタ３０は、画素パッドが支持基板に配置されるように、支持基板から完全に分離されて、金属性のリード線を介して外部電極／トランジスタの駆動回路に接続され得る。

画素パッドの大きさおよびパッド間の分離距離は、静電潜像および結局のところ生成され得る印刷画像の解像度を決定する。１実施形態では、画素パッドの幅が１００μｍで、分離距離が１００μｍであるとき、約１２５ドット・パー・インチの解像度が得られ、もう１つの実施形態では、画素パッドの幅が４０μｍで、分離距離が４０μｍであるとき、約３００ドット・パー・インチの解像度が得られていた。他の実施形態では、画素パッドの幅が１０μｍで、分離距離が１０μｍであるとき、よりよい解像度が得られていた。

図３では、静電像部材５と例えばコロナ帯電器といった静電気帯電器４０とを含んだ静電像装置３５が示されている。静電像部材５は、ディジタル的にアドレス指定可能な電極１５を上に並べた支持基板１０と、ディジタル的にアドレス指定可能な電極の上に配置された誘電体層２０とを含んでおり、ディジタル的にアドレス指定可能な電極は、画素の配列状に支持基板にパターニングされる。イオン化気体は、誘電体層２０を介して接地電極１５に引き付けられる（４５）。

静電像部材を、画像形成装置において用いることができる。このような実施形態では、画像形成装置は、したように、静電潜像を受け取るための電荷保持表面を有する静電像部材と、現像された画像を電荷保持表面に形成するために、静電潜像を現像するための現像剤材料を、電荷保持表面に塗布するための現像部品と、現像された画像を電荷保持表面から複写基板に転写するための転写部品と、現像された画像を複写基板に融着するための融着部品と、を含んでいる。

本実施形態は、従来の光受容体に基づくシステムを超えた様々な利点を提示する。特に、静電像の形成には、光受容体設計によって内在する、光誘起放電および電荷輸送を必要としない。さらに、（高分子バインダの有機半導体からなる比較的軟らかい電荷輸送層の代わりに）硬い誘電体材料を使用するので、本実施形態の磨耗はより少ない。最後に、光放電による画像化よりもむしろ帯電と潜像形成とが同時に起こるため、高速化が実現され得る。

開示された本実施形態の現像を、さらに、非限定的な実施例において以下に実証する。

実施例１

プロトタイプの製造

ゼロックス社が現在製造している二重層光受容体と同様のプロトタイプの像部材を製造した。しかし、本実施形態を具体化するために、実験室ベースの製造手順を用いた。

シャドウマスクを用いた物理的気相成長法によって、５ｃｍｘ５ｃｍホウ素シリケートガラス基板に銀からなる画素パッドをパターニングした。寸法が３ｃｍｘ１００μｍで、分離距離が１００μｍである全部で５つの画素パッドを、基板に並べて配置した。次に、１２ｇのジクロロメタンに対して１ｇのポリカーボネートを入れた溶液から、３０μｍの厚さのポリカーボネート層を、電極の上でブレードによって被覆する。電極の終端をむき出しのまま残すことを確実に行うことにより、誘電体ポリカーボネート層の使用に続いて、電気的接続を行うことができた。次に、被覆された装置を、室温で１時間、空気中で乾燥させることができ、次に、いかなる残留溶媒をも除去するために、１２０℃の炉の中で３０分間熱処理した。

実施例２

プロトタイプの実証

実施例１のプロトタイプによって、図３に示したものと同様の印刷がなされた。装置の第１電極を選択的に接地し、次に、正コロナを放射するコロトロン（約＋５０００Ｖにバイアスをかけられた金属線）の下に像部材を通した。コロトロンが帯電した後、接地電極を接地から切断し、次に、像部材の表面のキャリアにマイナスに摩擦帯電したトナーを振りかけることによって、静電潜像を現像した。次に、圧縮空気をひと吹きすることによって、余分なトナーおよびキャリアを除去した。この実験に用いられる基本的な現像プロセスの非制御状態のために、現像後に像部材上に認められた現像過多およびキャリアがあった。

改変されたゼロックスＤＣ１２プリンタにおいて像部材を印刷したとき、現像過多およびキャリアビードの持ち出しの改善が見られた。この場合、電極を接地することができ、次に、ＤＣ１２消費者交換可能部品（ＣＲＵ）に挿入することができる適切な空のドラムに、像部材を備え付けた。次に、代表例のドラムを有するＣＲＵを、ＤＣ１２プリンタに挿入した。さらに、通常の負のコロナイオン化気体の代わりに正のコロナイオン化気体を放射するために、プリンタのコロナ帯電器を改変した。得られる印刷物は、ゼログラフィックエンジンの特定の部品およびパラメータを改変することによって、現像過多およびキャリアビードの持ち出しに対処することができるということを示して、改善を実証した。

Claims (10)

1. 支持基盤の上または中に配列された個々にアドレス指定可能な画素パッドを有する支持基板と、
   前記個々にアドレス指定可能な画素パッドの上に配置された誘電体層とを含む、
   静電像部材を提供することと、
   前記静電像部材に静電気帯電器を用いることと、
   静電像を生成することを含み、前記静電像は、前記静電像部材の前記誘電体層の表面に前記静電気帯電器を用いている間に印刷されるパターンで、選択された画素パッドを接地することによって、単一のステップで生成される、静電潜像の生成方法。
2. 前記個々にアドレス指定可能な画素パッドは、配列状に前記支持基板にパターニングされる、請求項１に記載の方法。
3. 前記支持基板は、さらに、前記一連の画素パッドに連結された１つまたは複数のトランジスタを含んでいる、請求項２に記載の方法。
4. 前記支持基板は、さらに、前記支持基板の上に、１つのトランジスタに接続されている前記一連の画素パッドの中の各画素パッドと共に配置された一連のトランジスタを含んでいる、請求項２に記載の方法。
5. 前記静電像部材の前記誘電体層の前記表面に静電気帯電器を用いている間に印刷されるパターンで、選択された画素パッドを接地することによって、静電像が生成される、請求項２に記載の方法。
6. 支持基盤の上または中に配置された個々にアドレス指定可能な画素パッドを有する支持基板と、
   配列状に前記支持基板にパターニングされる前記個々にアドレス指定可能な画素パッドの上に配置された誘電体層とを含む、静電像部材と、
   静電気帯電器とを含み、前記静電像部材の前記誘電体層の表面に前記静電気帯電器を用いている間に印刷されるパターンで、選択された画素パッドを接地することによって、静電像が生成される、静電像装置。
7. 前記静電気帯電は、静電気帯電器によって前記像装置に配置される、請求項６に記載の静電像装置。
8. 前記静電気帯電器は、コロトロン、スコロトロン、および、バイアスをかけられた電荷ローラからなる群から選択される、請求項７に記載の静電像装置。
9. 前記誘電体層の厚さは、約１ミクロンから約１００ミクロンである、請求項６に記載の静電像装置。
10. 前記一連の画素パッドの各画素パッドの幅が１００μｍであり、分離距離が１００μｍである、請求項６に記載の静電像装置。

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