JP3113732B2 - 静電印刷装置 - Google Patents
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Description
ング(Christopher Snelling)によって提出された「焦電
気像形成方法および装置(PYROELECTRIC IMAGING METHOD
ANDAPPARATUS) 」と称する出願中の特許がある(米国
特許出願第07/691,774:代理人整理番号D/
90212)。
マーキング装置を使用した印刷機に関し、より詳しくは
焦電気的ドナーを新規な方法に使用して、帯電トナー粒
子を基材に選択的に転写し、印刷画像を生成させる装置
に関する。
DF)フィルムおよび他の物質が焦電気作用を示すこと
が知られてきている。例えば、PVDFフィルムは、こ
れを加熱してそのフィルムの表面に静電電荷の形成を誘
起できることは周知である。加うるに、ダイポール運動
の大多数が永久的に整列されているフィルムの分局がこ
の種のフィルムに対して焦電気特性の大きさを増大させ
る。あるいはこれとは別に、トリグリシンサルフェイト
(TGS)等の他の物質は温度の変化に応答して静電電
荷を生成するのに使用できる。これについてはクローリ
ー(Crowley) による「応用静電気学の基礎(Fundamental
s of Applied Electrostatics)」(ウイリ・アンド・サ
ンズ(Wiley & Sons)、ニューヨーク、1986年、13
7−145頁)に開示されている。
許第3,824,098号はパターン化された静電電荷
を発生するための媒体としてフッ化ポリメリック・ポリ
ビニリデン・フィルムを有する静電複写装置を開示して
いる。さらに、バーグマン(Bergman) らによる「アプラ
イド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Lette
rs), Vol.21, No.10,479−499 頁, 1972年11月15日」
は、焦電気材料に画像を照射した後に焦電気素子を中和
させ、この材料を冷却するにまかせて陰画生成すること
のできる装置を開示している。
9,969号は焦電気材料を使用して印刷する方法を開
示している。この焦電気材料とは永久的に極性化され図
形表現に対応する永久的なパターンを形成する2極性
(ダイポール)を有している。テイラー(Taylor)の第
3,935,327号は均一に極性化された焦電気材料
を使用する図形表現を複写する方法を開示している。
5号はフッ化ビニリデン等の焦電気材料を使用する熱記
録装置を開示している。
050号はフッ化ビニリデンの焦電気層に静電潜像キャ
リヤを有する記録装置を開示している。
直接付着する直接マーキングの適用における焦電気材料
を使用することには向けられていない。典型的なマーキ
ング装置に対してこの種の直接マーキング装置の利点
は、潜像が現像され、続いて基材に転写される中間工程
の排除に現れる。他の利点は直接マーキングのために焦
電気ドナーの使用を必要とする比較的簡単な装置に起因
している。これらの利点には、普通紙にトナー画像を生
成すること、また、一般的に静電式印刷機に使用される
高電圧(コロナ)電源を排除する能力も含まれている。
従って、直接マーキングの適用における焦電気材料を使
用する装置は、同様の静電印刷機と比較したときより安
価であるばかりでなく、たとえより安価な普通紙アウト
プットであっても同様のものを生成可能である。
方法および装置には新規な態様で焦電気材料を使用し
て、印刷基材に画像を直接マークすることを含んでい
る。印刷物はまず有極焦電気材料を帯電マーキングまた
はトナー粒子の均一なコーテイングで覆い、続いて焦電
気材料を分極態様に熱的に露呈させ、この焦電気材料の
表面の分極域の帯電極性を逆にすることによって生成さ
れる。電荷の極性を逆にすると、帯電マーキング粒子が
焦電気材料の表面から反発され、この焦電気材料に近接
して配置された印刷基材の表面に吸着される。続いて、
転写マーキング粒子によって形成された画像が熱的また
は他の周知の融着処理によって基材に定着される。
る。
電気材料の拡大図である。
図である。
するために、その種々の構成要素を概略的に示した図1
を参照する。図1の印刷機において、焦電気的に応答す
る外層(焦電気層)12および導電性基層14を有する
ドナーベルト10が、矢印16で示す方向に回転され駆
動ローラ18により種々の処理ステーションを通って進
行される。まず、駆動ローラ18が矢印20の方向に回
転され、ドナーベルト10をドナー装荷ステーションA
に走行される。ドナー装荷ステーションAは現像装置2
2を使用しており、現像剤の供給を維持するための現像
剤ハウジング24を備えている。普通現像剤は、それに
摩擦電気的に付着された帯電トナー粒子を有する磁気キ
ャリヤ微粒子から成る。現像装置22は磁気ブラシ式現
像系であるのが好ましく、その現像剤はブラシ26をし
て形成せしめられる磁界を通って移動される。焦電気層
12の表面はこの層がバイアスされた電磁ブラシ26と
接触されることによって調整される。磁気ブラシはドナ
ー装荷電圧となる直流電位Vdで示されるようにバイア
スされる。ドナー装荷電圧Vd は導電性駆動ローラ1
8、または他の適当なドナーベルト10の導電性基層1
4と接触させる他の適当な代替え方法によって印加され
る。この方法において、磁気ブラシ26上のトナー粒子
は静電気的にドナーベルト10に吸着され、これによっ
て均一なトナー層が焦電気層12の表面上に形成され
る。
式現像装置もドナーベルト10の表面にマーキング粒子
の均一層を形成するのに使用することができる。この種
の装置は帯電マーキング粒子をドナーベルト10の表面
に移動させることのできる液状転写媒体を必要とする。
しかし、この種の装置はマーキングステーションBに近
接配置させて、マーキング操作の直前にドナーの均一な
調整を可能にする必要がある。さらに、マーキングステ
ーションBは、ドナーベルト10と複写紙40との間の
界面域に液体を用いて、ドナーから複写紙への帯電マー
キング粒子の移動を容易にさせることも必要である。
ーベルト10が矢印16の方向に回転されそのトナーで
覆われたマーキングステーションBに進行される。ドナ
ーベルト10の回転と一致して、複写紙40がマーキン
グステーションBに進行される。この動作について説明
すると、複写紙がスタック42から正しい位置に進行さ
れ、ドナーベルト10の表面に近接してぴったり位置付
けされ維持される。概して、複写紙40は供給ローラ4
4によって矢印46の方向にマーキングステーションB
に向かって進行される。あらゆる適当な画像受容基材で
ある複写紙40が、真空移送ベルト48によって充分係
合されるまで供給ローラ44で供給され、そりがなくさ
れる。この真空移送ベルトは駆動ローラ50によって駆
動され、矢印52の方向に回転させられる。真空移送ベ
ルト48による複写紙40との係合は真空室54によっ
て生成された負圧により達成される。この真空室54は
真空ホース56を介して連結された真空ポンプ(Vで概
略示する)によって僅かに負圧が維持される。真空移送
ベルト48は真空室54に渡って掛けられており、その
回転中駆動ローラ50と遊動ローラ58によって支持さ
れている。真空移送ベルト48の制御下で、複写紙40
がマーキングステーションBに到達すると、複写紙はド
ナーベルト10から複写紙の近接する面へトナーが選択
的に転写されるべき準備状態に入る。
のトナー粒子の選択的な移動は、ドナーベルト10の導
電性基層14を選択的に加熱する熱式印刷針28を用い
ることで達成される。熱的導電性基材14の加熱によ
り、焦電気層12の急速または瞬時加熱となり、焦電気
層の局部加熱となる。ドナーベルト10と熱式印刷針2
8との間の熱的結合は針をドナーベルト10に近接、ま
たはこれとの接触を維持させることによって保証され
る。熱式印刷針28による導電性基層14と焦電気層1
2との熱的活性化に応答して、焦電気層12がその表面
に逆極性の静電電荷を発生する。
典型的に使用されるアレイである。例えば、「パナソニ
ック・エイポジー(Panasonic Apogee)/1(FN−P3
00)」デスクトップデジタル印刷機に使用されている
熱的アレイ(部品番号FFPXA07132、部品名
称:HEAD)が焦電気層12の焦電気効果を例証する
のに必要な温度上昇を発生するために適していることが
わかっている。別の方法としては、焦電気層12の熱的
活性化は例えば約0.05mm(0.002インチ)の
複数の「ホットワイヤ(熱線)」針によって達成され
る。この針はドナーベルト10の導電性基層14と接触
保持させて、焦電気層12への分極化熱的入力の伝導を
可能にする。他の別のものとしてはフィルム状熱式印刷
ヘッドがある。例えば、ローム・カンパニ・リミテッド
(Rohm Co., Ltd) 製「KFシリーズ−薄層熱式印刷ヘッ
ド」が、本発明に要する熱伝送量を発生させるのに適し
ていることがわかっている。針28の各々の熱式素子は
印刷源(図示せず)または周知の電荷結合素子(CC
D)(図示せず)のいずれかから受信された仮想データ
に基づいて入力線30を介して電子サブシステム(ES
S)(図示せず)によって駆動される。印刷源はあらゆ
る適当なラスタ入力発生装置である。同様にして、CC
Dはオリジナル文書に含まれる画像のラスタ化された内
容を発生することができる。普通、CCDの各々のセン
サの出力は熱式印刷針28に出力するためにESSに伝
送されて、熱式印刷針28に出力される。このESSは
画像処理装置としても作用し、予め規定された一連の条
件に基いて入力データを修正および(または)補正する
ことができる。
8による回転が続けられて、マーキング粒子のドナーと
してごく最近使用されたベルト域がトナー装荷ステーシ
ョンAに帰還され、これによってドナーベルト10の表
面上に均一なトナー層が再び形成される。ドナーベルト
がトナー装荷ステーションAに帰還されると、ベルトの
選択的に加熱された域が冷却されるにまかせられ、焦電
気層12の表面上の電荷がその元の極性に戻され、より
帯電されたトナー粒子によるトナー消滅域の再補充が実
行される。
空移送ベルト48が回転を続け、複写紙40の残部がマ
ーキングステーションBを通って移動され、これによっ
て複写紙の残部に渡って画像の転写が続行される。続い
て、複写紙が真空室54の端部を越えて移動し、例えば
複写紙のビーム長さによって真空移送ベルト48から剥
離される。次に、トナー画像域の転写された複写紙40
が矢印60の方向に定着ステーションCに進行され、こ
こでトナー画像が複写紙の表面に定着される。定着ステ
ーションCはトナー粒子を基材の表面に定着させる周知
の装置でよい。例えば、図1に定着ローラ62と、これ
との間にニップを形成する圧力ローラ64を有する加熱
圧力定着装置を示す。複写紙40が定着ローラニップに
よって係合するまで進行させられ、複写紙の表面上のト
ナー画像が、ニップ内の温度上昇、圧力域を通過されて
複写紙に定着させられる。
装置が参照符号70a、70bで示すように複写紙40
の経路に沿って、一つまたはそれ以上の付加的な位置に
配置することもできる。マーキング装置のこの位置変え
は種々のカラートナーを使用することで別のまたは付加
的な印刷色の使用が可能になる。さらに、既述した真空
移送装置の使用は単一経路、多色印刷または複写装置の
ために必要とされる高精度の印刷が可能である。
テーションBの焦電気層の拡大斜視図を示す。ドナーベ
ルト10は永久的に有極化された焦電気層12を有する
ように描かれており、バイアス電圧Vb が導電性基層1
4に印加され、帯電ダイポールの方向が参照符号100
で示され、導電性基層14と複写紙の表面との間に有効
電界が生ぜしめられる。図示の帯電ダイポールを有する
焦電気層12の正帯電面を概略示した域102は負に帯
電されたトナー粒子104を自然に吸着する。図示のよ
うに、域102はトナー装荷ステーションAで最初に調
整されており、ここでは矢印106で示す処理方向にマ
ーキングステーションBに入れられる。
ーベルト10の焦電気層14が熱式印刷針28に接触さ
れるか、またはこれと近接して配置されており、導電性
基層14を介して熱式印刷針から焦電気層への熱エネル
ギーの局部的伝導が可能になっている。焦電気層12の
局部加熱によってこの表面上の電荷の極性が逆になり、
区域108において有効な負電荷として示される。焦電
気層12上のこの局部的負電荷電位が矢印112で示す
方向に表面からトナー粒子110を効果的に反発させ
る。前述したように、ドナーベルト10の表面から反発
されたこれらの粒子は図1の複写紙40の表面に定着さ
れる。定着またはマーキング処理はドナーベルト10の
背後への振動または音響的運動の印加によって高められ
る。例えば、熱式印刷針28が矢印114で示す方向に
振動されて、焦電気層12の表面からトナーの解放のた
めに必要な電界強度を効果的に弱めることができる。
に説明する。ドナーベルト10および複写紙40がマー
キングステーションBに進行されると、トナー粒子10
4が焦電気層12の表面から選択的に複写紙40の表面
に転写される。ドナーベルトと複写紙は矢印118で示
す処理方向に同期して移動される。焦電気層12を形成
する焦電気材料はフッ化ポリビニリデン(PVDF)を
ベースとするポリマー材料であリ、アトケム・ノース・
アメリカ(Atochem North America) (元ペンウォルト・
コーポレイション(Penwalt Corporation) 製造の「キナ
ー・ピエゾ・フィルム(KYNAR PIEZO FI
LM)」を基本樹脂として使用している。この材料の焦
電気係数(Kpy)は2.3〜2.7nC/cm2 ゜Kの
範囲である。従って、焦電気層12の表面から帯電トナ
ー粒子を反発させるために適した電荷密度(△Pse)を
発生させるに要する温度変化はPVDFフィルムの焦電
気係数の関数として決定される。必要とされる温度変化
は約10から50゜K(18から90゜F)の範囲であ
り、トナー粒子を反発させるに適した100ミクロンの
PVDFフィルムの表面に電位を発生させるには250
ミクロン(約0.010インチ)間隙が必要である。適
当な反発力は大きい温度変化と小さい温度変化の両方で
発生され、また、必要とする電位は、主に振動エネルギ
ーを加えることによって変えることのできる帯電面から
トナー粒子を反発させるに要する力の関数であることに
注意すべきである。従って、70゜Cを越える局部温度
変化を発生できる熱式印刷ヘッドの使用は許容されるよ
うであり、事実広範囲の開発材料を使用可能にすること
によって処理の寛容度が大きくなっている。さらに、周
知の熱式印刷ヘッドの設計が本発明の露光ステーション
での使用によく適しているようである。
し、各々外部制御電流源(図示せず)によって作動され
る。説明の都合上、単一の抵抗素子Rを図3で示す。こ
の素子は線30で機能されるが、複数ある実際の素子で
は複写紙の幅を横切る進行経路に沿って延長するリニア
アレイとして配備されている。
性基層14としてドナーベルト10に組み合わされた抵
抗性リボン材料を介して焦電気層12に印加することも
できる。この種の抵抗性リボンは一般的に周知であり、
制御電流によりその局部が熱的に活性化される。例え
ば、ドナーベルト10は抵抗性リボン構造の特徴を有
し、これについては『リボン・トナーガイド年報(Annua
l Guide to Ribbons & Tonor) 』1986年、ペニント
ン(Pennington)らによる「抵抗性リボン印刷法:いかに
して行なわれるか(Resistive Ribbon Printing:How It'
s Done) 」;『画像化学ジャーナル(Journal of Imagin
g Science)』Vol. 33,No. 1, 1月/2月,1986
年、ドーブ(Dove)らによる「植字機用高解像度抵抗性リ
ボン式印刷機(High Resolution Resistive Ribbon Prin
ting for Typesetter Application 」;およびブルック
ス(Brooks)らによる米国特許第4,103,066号に
開示されている。概して、抵抗性リボン構造は焦電気層
12の下に置かれ、図示したように導電性基層14に置
替えられる。この他の実施例において、ベルトまたはリ
ボンはトナーで覆われ、続いて導電性電極と接触される
かまたはコミュテータを介して選択された域に電流が通
されてマーキングが施される。
は焦電気層12の下に抵抗性リボン基層(図示せず)が
使用されているので、この抵抗性リボン基材が点接触電
極(図示せず)によって活性化されると、この基材およ
び近接する焦電気層12を局部的に加熱するのに必要な
熱を発生する。この種の構造は焦電気層12と等価な焦
電気上層と、その下の金属中間層と、最下層の導電性基
層とが使用される。ピン式印刷ヘッド電極によるドナー
ベルト10の下方からの高密度電流の印加によって、電
極上方の金属性中間層内に高い局部的発熱が生じ、これ
と同時に焦電気層の局部的発熱が生じる。普通、印刷ヘ
ッド電極はラスタ化画像データ源よって針28の各素子
と同様の方法で動作される。本実施例は、接触式熱印刷
針と比較してより少ない熱エネルギーでより高い処理速
度と改良された画像解像度を得ることができる。前述し
たように、焦電気層の局部加熱はこの焦電気層の表面上
に局部的な静電電荷パターンを形成することになる。合
成電位がドナーベルト10から帯電されたトナー粒子を
反発させる。
ーベルト10の直接要素であり、かつ、このベルトと一
緒に移動することである。さらに、この種の装置は約1
000スポット/インチ(39.4スポット/mm)ま
での高められた画像解像度を有し、潜在的に処理速度が
早くなる。
されたときに、負性有効表面電荷108が焦電気層12
の表面に現われる。トナー粒子104が受容基材である
複写紙40に溶着されると、トナー粒子に矢印120の
方向に有効力が発生する。複写紙40と焦電気層12と
の間の間隙内の電界(En )の大きさは有効電圧差およ
び二つの面の間の距離との関数になる。概して、En は
次式で表わされる。 En =(Vb +Vimage )/Vd ここに、Vb は導電性基材14および図2の真空室54
内に収容されるグリッドスクリーン等の導電性部材を介
して二つの面に印加されるバイアス電圧である。さら
に、Vimage は焦電気層の局部加熱のによる局部表面電
位の有効な変化を表わす。加うるに、二つの面の間の距
離はdで表される。上述したように、振動エネルギーは
ドナーベルト10に印加され、トナー粒子の分離を助長
する。熱式印刷針28を介して印加された音響的振動力
が、矢印120の方向の振動エネルギーとなって粒子に
伝達されトナーを除去するのに要する電界強度を有効に
弱める作用をする。
フィルムの圧電特性を用いたトナー粒子に印加すること
もできる。印加電流の大きさをBとする交流(B sinω
t)のAC電源122をバイアス電圧Vb に追加すれば、
所望の振動力を達成するのに充分なものとなる。理想的
には、交流電流の追加によって達成される振動周波数は
100KHz台であり、ある一つの周波数としてはトナ
ー応答能力よりも高く、印加振動エネルギーのために画
質への有害なあらゆる衝撃を回避するくらいのものであ
る。
ベルトの焦電気特性によって可能になる。本発明に関す
る焦電気トナー部材の新規な使用に関連して、電子写真
印刷機に普通見られる電荷および転写コロトロンだけで
なく高電圧電力の供給のための必要条件を下げる作用も
する。さらに、既存の熱式印刷ヘッド技術がよりコンパ
クトでより安価な装置とすることが可能となる一方で、
この種の装置と一般的に併用される感熱紙の高いコスト
を回避できる。従って、本発明は前述の利点のためにフ
ァクシミリ、印刷、電子複写および多機能(すなわち、
ファクシミリ、印刷および複写)装置への使用に特に適
している。なおその上に、本発明は付加的なマーキング
装置が比較的安価なために、多色印刷および複写におけ
る使用に特に適している。
の拡大図である。
る。
層、18 駆動ローラ、22 現像装置、24 現像剤
ハウジング、26 ブラシ、28 熱式印刷針、30
入力線、40 複写紙、42 スタック、44 供給ロ
ーラ、48 真空移送ベルト、50 駆動ローラ、54
真空室、56 真空ホース、58 遊動ローラ、62
定着ローラ、64 圧力ローラ、70a,70b マ
ーキング装置、100 帯電ダイポールの方向、102
正帯電の域、104 トナー粒子、108 負電荷の
域、110 トナー粒子
Claims (3)
- 【請求項1】 第1極性を有する均一な静電電荷を表面
に保持するのに適した焦電気部材、 前記静電電荷により、前記焦電気部材の表面に相対的に
接触して保持される帯電現像粒子、 前記帯電現像粒子を受容する画像受容基材及び 前記焦電
気部材の分極域を加熱すべく選択的に駆動され、前記焦
電気部材の表面を分極帯電域とし、前記分極帯電域を前
記第1極性と逆極性とし、前記逆極性とされた分極帯電
域の逆電荷により前記帯電現像粒子が前記焦電気部材の
表面から反発し、前記画像受容基材の表面に向けて、前
記基材上に画像を生成する熱素子アレイからなることを
特徴とする静電印刷装置。 - 【請求項2】 反発作用とともに作用し、前記画像受容
基材の表面に前記反発した帯電現像粒子の吸着手段をさ
らに有することを特徴とする請求項1に記載の静電印刷
装置。 - 【請求項3】 帯電現像粒子の吸着手段が前記焦電気部
材の裏面と接触する第1導電性部材、 前記画像受容基材の裏面近くに配置された第2導電性部
材及び前記両導電性部材間に印加されるバイアス電圧か
らなり、前記帯電現像粒子を前記画像受容基材に吸着す
るために適した電界を発生させることを特徴とする請求
項2に記載の静電印刷装置。
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