(57)【要約】【課題】  より高速かつ高精度に厚膜印刷を行うことが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】  画像形成装置１は、微粒子１００を供給する供給装置１０と、微粒子１００を帯電させて出射するとともに、飛翔する微粒子１００の流れを集束、偏向した後、作像対象物４０の表面に着弾付着させて厚膜画像を形成する作像装置２０と、作像対象物４０に形成された厚膜画像を定着させる定着装置３０とを備えている。作像装置２０は、微粒子１００を帯電させるブレード２００と、対となって帯電された微粒子１００を出射する供給電極２１０及びアノード電極２３０と、微粒子１００の出射を許可又は禁止するサプレッサー電極２２０と、出射された微粒子１００の流れを電界によって集束させるフォーカス電極２４０と、集束された微粒子１００の流れの向きを偏向する偏向電極２５０と、微粒子１００を作像対象物４０に着弾付着させるターゲット電極２６０とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子を供給する供給手段と、
前記供給手段により供給される微粒子を帯電させる帯電手段と、
前記帯電手段により帯電された微粒子を作像対象物へ向けて出射する出射手段と、
前記出射手段と前記作像対象物との間に配置され、前記出射手段により出射された微粒子の流れを電界によって集束させる集束手段と、
前記作像対象物に付着した微粒子を定着させる定着手段と、を備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記集束手段と前記作像対象物との間に配置され、前記集束手段により集束された微粒子の流れの向きを電界によって偏向させる偏向手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記出射手段による微粒子の出射を許可又は禁止する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記出射手段、前記制御手段、前記集束手段、及び前記偏向手段は、所定の間隔を隔てて、微粒子が飛翔する方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記出射手段を複数備え、
前記制御手段、前記集束手段、及び前記偏向手段は、複数の前記出射手段を構成するそれぞれの出射手段に対応して配設されることを特徴とする請求項３又は４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
複数の前記出射手段は、直線上に配置されており、隣り合う出射手段間の間隔は、０．０５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記集束手段は、電圧を印加することにより静電レンズを形成する孔が複数形成された板状電極を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記偏向手段は、微粒子が飛翔する軌道を挟むように対向して配置される複数の電極を有することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
対向して配置されている前記複数の電極に付与される電位は、所定の基準電位に対して、互いに異符号同値であることを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置に関し、特に、微粒子を飛翔させて画像形成を行う画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プリンタやコピーなどの画像形成装置が、オフィスや一般家庭などで広く用いられている。このような画像形成装置では、例えば、電子写真方式の作像装置（特許文献１参照）、インクジェット方式の作像装置（特許文献２参照）などが広く利用されている。また、トナージェット方式の作像装置を用いたものも知られている（特許文献３参照）。ここで、電子写真方式とは、感光体を帯電器により帯電させた後、画像情報に従い光源を発光させて感光体表面に静電潜像を形成（露光）し、この静電潜像をトナーで可視化する方式である。また、インクジェット方式とは、ヘッドを用紙の左右に行き来させながらインクを発射してプリントする方式である。なお、インクを発射する方式としては、例えば、電圧をかけると変形するピエゾ素子を使ってインクを押し出すピエゾ方式、及び、発熱体によって気泡を発生させて圧力をかけ、インクを発射するサーマルインクジェット方式などが用いられる。また、トナージェット方式では、帯電したトナーを画像情報に応じて選択的に飛翔させて画像形成を行う。
【０００３】
一方、従来から、画像形成分野において、例えば導電性の厚膜形成や点字印刷など、厚膜による画像形成（以下「厚膜印刷」ともいう）を高速かつ高精度に行いたいという要望があった。
【特許文献１】特開２００６−０９１５９３
【特許文献２】特開２００２−０５２７６１
【特許文献３】特開平８−９５３５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上述した電子写真方式又はインクジェット方式により厚膜印刷を行おうとすると、複数回繰り返して印刷（重ね塗り）する必要があるため、電子写真方式、インクジェット方式は、高速な厚膜印刷には適していない。一方、トナージェット方式によれば、電子写真方式やインクジェット方式よりも容易に厚膜画像を形成することができる。しかしながら、トナージェット方式は、トナーが飛び散り、微細な作像が困難であるため、作像精度（画質）が低いという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、より高速かつ高精度に厚膜印刷を行うことが可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る画像形成装置は、微粒子を供給する供給手段と、供給手段により供給される微粒子を帯電させる帯電手段と、帯電手段により帯電された微粒子を作像対象物へ向けて出射する出射手段と、出射手段と作像対象物との間に配置され、出射手段により出射された微粒子の流れを電界によって集束させる集束手段と、作像対象物に付着した微粒子を定着させる定着手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る画像形成装置によれば、帯電された例えばトナーなどの微粒子が供給され、出射手段により出射される。出射された微粒子の流れは集束手段により集束された後、微粒子による作像が行われる例えば記録用紙や基板などの作像対象物に到達し、付着する。そして、付着した微粒子が定着手段により作像対象物に定着される。本発明に係る画像形成装置によれば、出射された微粒子を集め、積層して付着、定着させることにより、厚膜画像を直接形成することができるため（すなわち重ね塗りが不要なため）、より高速に厚膜印刷を行うことができる。また、微粒子を集束させることにより、微粒子によって形成されるドットの形状及び大きさを適切に調節することができるため、より高精度な厚膜印刷を行うことができる。その結果、より高速かつ高精度に厚膜印刷を行うことが可能となる。
【０００８】
本発明に係る画像形成装置は、集束手段と作像対象物との間に配置され、集束手段により集束された微粒子の流れの向きを電界によって偏向させる偏向手段をさらに備えることが好ましい。
【０００９】
この場合、集められた微粒子の流れを偏向することができるため、微粒子によって作像対象物の表面に形成されるドットの位置を任意に調節することが可能となる。
【００１０】
本発明に係る画像形成装置は、出射手段による微粒子の出射を許可又は禁止する制御手段をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
このようにすれば、微粒子の出射を制御することにより、微粒子により形成されるドットの形成（ドットを形成する／しない）をコントロールすることが可能となる。
【００１２】
本発明に係る画像形成装置では、出射手段、制御手段、集束手段、及び偏向手段が、所定の間隔を隔てて、微粒子の飛翔する方向に沿って配置されていることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、微粒子の出射が制御されるとともに、微粒子が出射手段から作像対象物まで飛翔する過程において、出射された微粒子の流れを集束し、偏向することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る画像形成装置は、出射手段を複数備え、制御手段、集束手段、及び偏向手段が、複数の出射手段を構成するそれぞれの出射手段に対応して配設されることが好ましい。
【００１５】
この場合、出射手段毎に微粒子の出射が制御されるとともに、出射された微粒子の流れが、各出射手段に対応して設けられた集束手段及び偏向手段により集束、偏向される。そのため、複数のドットを同時に並行して形成することができる。そのため、厚膜印刷の印刷速度をより高速化することが可能となる。
【００１６】
本発明に係る画像形成装置では、複数の出射手段が、直線上に配置されており、隣り合う出射手段間の間隔が、０．０５ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１７】
このようにすれば、直線上に配置された複数の出射手段から微粒子を出射することにより、例えばライン毎に複数のドットを形成することができる。また、出射手段間の間隔（ピッチ）を上述した値の範囲に設定することにより、形成される画像のドット密度を所望の値に設定することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る画像形成装置では、集束手段が、電圧を印加することにより静電レンズを形成する孔が複数形成された板状電極を有することが好ましい。
【００１９】
この場合、板状の電極部材に複数の孔を形成することによって、複数の静電レンズとして機能する板状電極を製造することができる。よって、集束手段をより容易に、またより低コストで製造することが可能となる。
【００２０】
本発明に係る画像形成装置では、偏向手段が、微粒子が飛翔する軌道を挟むように対向して配置される複数の電極を有することが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、対向して配置されている複数の電極それぞれに適当な電圧を印加することにより、適切に微粒子の流れを偏向することが可能となる。
【００２２】
本発明に係る画像形成装置では、対向して配置されている複数の電極に付与される電位が、所定の基準電位に対して、互いに異符号同値であることが好ましい。
【００２３】
このようにすれば、微粒子の流れを偏向する際に、形成されるドットの歪を減少させることができる。そのため、微粒子によって形成されるドットをより精度良く打つことが可能となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、出射手段により出射された微粒子の流れを電界によって集束させる集束手段を出射手段と作像対象物との間に配置する構成としたので、より高速かつ高精度に厚膜印刷を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２６】
まず、図１〜図４を併せて用いて、実施形態に係る画像形成装置１の構成について説明する。図１は、画像形成装置１の構成を模式的に示す端面図である。図２は、画像形成装置１を構成する作像装置２０を示す斜視図である。ここで、図１は、図２において示されるＩ−Ｉ線に沿って切断したときの画像形成装置１の端面図である。なお、図２では、作像装置２０の構成を理解しやすくするために、図１と上下を逆にして示した。また、図３は、作像装置２０を構成する偏向電極２５０の配置を示す図であり、図４は、作像装置２０を構成する偏向電極２５０の他の配置例を示す図である。
【００２７】
図１に示されるように、画像形成装置１は、例えばトナーなどの微粒子１００を供給する供給装置１０と、供給装置１０により供給される微粒子１００を帯電させて出射するとともに、飛翔する微粒子１００の流れを集束、偏向した後、作像対象物４０の表面に着弾付着させてドットを形成し、該ドットの集合により厚膜画像を形成する作像装置２０と、作像対象物４０に付着している微粒子１００を定着させる定着装置３０とを備えている。
【００２８】
供給装置１０は、例えばトナーなどの微粒子１００を作像装置２０に供給するものであり、微粒子１００を作像装置２０の微粒子出射位置１１０まで搬送する。すなわち、供給装置１０は、特許請求の範囲に記載の供給手段として機能する。供給装置１０としては、例えば、微粒子１００をその表面に付着させて搬送するローラーなどが好適に用いられる。なお、供給装置１０としては、電磁石と板バネによる機械振動又は超音波による振動を利用したパーツフィーダを使用してもよい。また、供給装置１０として、エアレーションを利用して微粒子１００を搬送するものを使用することもできる。さらに、供給電極２１０の上方に形成された孔から微粒子１００を供給するような機構を採用してもよい。
【００２９】
ここで、微粒子１００は、作像対象物４０に付着するまでは、互いに凝集しないものが望ましい。一般に、微粒子１００の粒径が小さくなるほど微粒子間に働くファンデルワールス力が大きくなり、凝集しやすくなる傾向がある。また、大気中で微粒子１００を飛翔させる場合、粒径が小さくなると、微粒子１００が空気の流れに乗りやすくなる。特に、作像対象物４０に着弾付着しようとする際に、空気の分散流に乗って分散しやすくなる。一方、微粒子１００の粒径よりも小さなドットや配線を形成することはできないため、これらの点を総合的に勘案して使用する微粒子１００の粒径が定められる。なお、使用する微粒子１００の粒径は、１〜２０μｍ程度が好ましい。
【００３０】
微粒子１００の素材としては、銅、銀、鉛、錫などの金属、半田などの合金、ポリエステル、スチレンアクリル、エポキシなどの樹脂、及びセラミックなどが好適に用いられる。なお、素材の異なる複数の微粒子１００を混合して用いてもよい。素材の異なる複数の微粒子１００を混合して用いることにより微粒子１００の凝集を防止することができる。また、例えば、銅と半田など、融点の異なる２種の素材を用いた場合には、定着時に一方の素材（この場合には半田）のみが融ける温度に加熱して該素材のみを融かすことにより、該素材をバインダとして機能させることができる。さらに、金属微粒子の表面に樹脂コーティングを施したものを用いてもよい。このような微粒子１００を用いることにより、作像対象物４０に定着するまでは凝集を防止でき、定着後には定着力を増大させることができる。また、金属微粒子に絶縁体である樹脂をコーティングすることにより、より帯電しやすくできる。
【００３１】
作像装置２０は、上述したように、供給装置１０により供給される微粒子１００を帯電させて出射するとともに、飛翔する微粒子１００の流れを集束、偏向した後、作像対象物４０の表面に着弾付着させてドットを形成し、該ドットの集合により厚膜画像を形成するものである。そのため、作像装置２０は、微粒子１００を帯電させるブレード２００、対となって帯電された微粒子１００を出射する供給電極２１０並びにアノード電極２３０、供給電極２１０とアノード電極２３０との間に設けられ微粒子１００の出射を許可又は禁止するサプレッサー電極２２０、アノード電極２３０と作像対象物４０との間に配置され、出射された微粒子１００の流れを電界によって集束させるフォーカス電極２４０、フォーカス電極２４０と作像対象物４０との間に配置され、集束された微粒子１００の流れの向きを偏向する偏向電極２５０、及び、作像対象物４０の背面に配置され、微粒子１００を作像対象物４０に着弾付着させるターゲット電極２６０などを備えて構成されている。
【００３２】
ブレード２００は、供給装置１０の側面（ローラーの外周面）に当てられ、供給装置１０との摩擦によって微粒子１００を帯電（摩擦帯電）させるものである。すなわち、ブレード２００は、特許請求の範囲に記載の帯電手段として機能する。ブレード２００は、例えばゴムやステンレスなどから形成された板状の部材であり、供給装置１０に接触して配置される。なお、微粒子１００を摩擦帯電させる方法としては、ブレード２００を使用することなく、微粒子１００が、供給装置１０により搬送されるときに、周囲の壁や他の微粒子１００との摩擦によって帯電する構成としてもよい。また、摩擦帯電の他、例えば、コロナ放電や軟Ｘ線を用いて微粒子１００をイオン化するイオナイザーなどを利用することもできる。
【００３３】
供給電極２１０及びアノード電極２３０は、両電極間に形成される静電界により、供給装置１０の表面から微粒子１００を引き剥がすとともに、該微粒子１００に対して作像対象物４０まで飛翔可能な速度を付与し、微粒子１００を出射する。すなわち、供給電極２１０、アノード電極２３０は、特許請求の範囲に記載の出射手段として機能する。供給電極２１０は、例えば、板状の電極であり、供給装置１０の背面に配置される。なお、供給電極２１０を供給装置１０と別に設けるのではなく、供給装置１０に直接、電圧を印加する構成としてもよい。
【００３４】
一方、アノード電極２３０は、サプレッサー電極２２０を挟んで、供給電極２１０と対向するように配置される。アノード電極２３０は、厚さ約０．１ｍｍの金属板に、後述するサプレッサー電極２２０に形成された複数の孔２２２（図２参照）に対応するように、該複数の孔２２２の同軸上に、複数の円形の孔２３２が形成されたものである。なお、微粒子１００は、孔２２２、孔２３２を通して飛翔する。すなわち、複数の孔２３２それぞれが、出射手段としての機能を有する。
【００３５】
供給電極２１０とアノード電極２３０との距離は、例えば０．１〜１０ｍｍに設定される。供給電極２１０、アノード電極２３０それぞれには、例えば数百Ｖ〜５ｋＶの電位差が両極間に生じるように電圧が印加される。その結果、供給電極２１０とアノード電極２３０との間に静電界が形成される。電界の向きは、微粒子１００が作像対象物４０に向かって飛翔する速度を加速させる方向であり、微粒子１００を帯電する極性に応じて設定される。
【００３６】
サプレッサー電極２２０は、適当な電位を印加する事により、供給電極２１０とアノード電極２３０との間に形成された静電界を調整して、微粒子１００の出射を制御、すなわち出射する／しないをコントロールするものである。すなわち、サプレッサー電極２２０は、特許請求の範囲に記載の制御手段として機能する。
【００３７】
サプレッサー電極２２０は、供給電極２１０とアノード電極２３０との間に、微粒子１００が飛翔する方向に沿って配置されている。サプレッサー電極２２０は、図２に示されるように、厚さ約０．１ｍｍの板状電極であり、複数の円形の孔２２２毎に個別の電極が形成されている。本実施形態では、サプレッサー電極２２０（孔２２２）が、図２のＹ方向に沿って２列に交互に配列、すなわち千鳥状に配列される構成とした。このように配列することにより、サプレッサー電極２２０（孔２２２）を一列に配列した場合と比較して、サプレッサー電極２２０（孔２２２）のピッチを半減することができる。各列において隣り合う孔２２２の間隔は、例えば０．０５ｍｍ〜１０ｍｍに設定される。なお、サプレッサー電極２２０（孔２２２）の数は、例えば、作像対象物４０の大きさ、及び作像時間などを考慮して設定される。
【００３８】
複数のサプレッサー電極２２０は、個別に電位を付与することができるように構成されており、各サプレッサー電極２２０毎に微粒子１００の出射・飛翔が制御される。例えば、供給電極２１０に−５００Ｖを印加する場合、微粒子１００を出射・飛翔させるときにはサプレッサー電極２２０に−５０３Ｖを印加し、微粒子１００を飛翔させないときにはサプレッサー電極２２０に−５１０Ｖを印加する。ここで、上述したアノード電極２３０は、サプレッサー電極２２０の孔２２２から漏れ出す加速電界を形成する機能（役割）も有している。
【００３９】
フォーカス電極２４０は、電界による静電レンズのレンズ作用を利用し、飛翔する微粒子１００の流れを集束して、作像対象物４０上の付着位置におけるドットの形状、大きさを調節するものである。すなわち、フォーカス電極２４０は、特許請求の範囲に記載の集束手段として機能する。
【００４０】
フォーカス電極２４０は、スペーサ２９０を介して、アノード電極２３０と並行に配置されている。フォーカス電極２４０は、厚さ約０．１ｍｍの金属板に、サプレッサー電極２２０に形成された複数の孔２２２、及びアノード電極２３０に形成された複数の孔２３２に対応するように、該孔２２２、孔２３２の同軸上に、複数の孔２４２が形成されたものである。そして、電圧が印加されることにより、複数の孔２４２それぞれが、集束手段として機能する。フォーカス電極２４０に形成されている孔２４２の形状は、真円が一般的である。ただし、集束性に方向性を持たせたい場合には、孔２４２の形状を楕円もしくは矩形とすることが好ましい。その場合、長径方向または長辺方向の集束性が劣るため、付着位置に於ける微粒子１００のドット形状に異方性を持たせることができる。
【００４１】
微粒子１００が飛翔する軌道に沿って回転対称の孔２４２が形成されたフォーカス電極２４０には、前後に配置されたアノード電極２３０、偏向電極２５０と異なる電位が付与される。付与される電位は、微粒子１００の飛翔速度や作像対象物４０までの距離などに依存するが、概ね±数百Ｖ〜５ｋＶである。本実施形態では、アノード電極２３０の電位を０Ｖとし、フォーカス電極２４０の電位を−４４０Ｖとした。
【００４２】
ここで、帯電した微粒子１００の流れがフォーカス電極２４０により形成された静電レンズによって集束される様子を図５及び図６に示す。図５は、フォーカス電極２４０に負の電位を与え、前後の電極をアース電位（０Ｖ）に保った場合に、図面の左側から右側に向けて飛翔する負に帯電した微粒子１００が、フォーカス電極２４０により集束される様子を示す。一方、図６は、フォーカス電極２４０に正の電位を与え、前後の電極をアース電位（０Ｖ）に保った場合に、図面の左側から右側に向けて飛翔する負に帯電した微粒子１００が、フォーカス電極２４０により集束される様子を示す。また、図５及び図６において、一点鎖線は等電位線を示し、細い実線は帯電した微粒子１００の飛翔軌跡を示す。図５及び図６に示されるように、フォーカス電極２４０に負の電位を与えた場合も、正の電位を与えた場合も共に凸状の静電レンズ（凸レンズ）が形成され（一点鎖線を参照）、帯電した微粒子１００の流れが該静電レンズの作用を受けて集束される（細い実線を参照）。
【００４３】
偏向電極２５０は、電子光学分野における静電偏向器を応用したものであり、フォーカス電極２４０により集束された微粒子１００の流れの向きを偏向し、作像対象物４０上の微粒子１００の付着位置を調節するものである。すなわち、偏向電極２５０は、特許請求の範囲に記載の偏向手段として機能する。偏向電極２５０は、微粒子１００が飛翔する軌道を挟むように対向して配置される一対の第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２により構成されている。第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２は、フォーカス電極２４０とターゲット電極２６０との間に、両電極と並行に配置される。
【００４４】
対向して配置されている第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２には、基準の電位に対して異符号同値の電位が与えられる。与えられる電位の大きさは、微粒子１００を着弾付着させる作像対象物４０上の位置、及び作像対象物４０との距離などに応じて設定される。具体的には、与えられる電位の大きさは、基準の電位に対して±数百Ｖである。より詳細には、本実施形態では、作像対象物４０の電位が０Ｖであるので、偏向電極２５０が無いと仮定した場合、偏向電極２５０近傍の電位は−３１５Ｖ程度になる。よって、−３１５Ｖを基準の電位とし、それに対して異符号同値の電位を第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２に与える。これにより、微粒子１００の集束特性に大きな影響を及ぼすことなく微粒子１００の流れの向きを偏向する事ができる。
【００４５】
ここで、図３、図４を参照しつつ、第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２の配置についてより詳細に説明する。図３は、本実施形態における第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２の配置を示す図である。また、図４は、第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２の他の配置（狭ピッチ化）例を示す図である。本実施形態では、上述した各電極２２０，２３０，２４０に形成された孔２２２，２３２，２４２を第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２を含む平面に垂直に投影したときに、投影された孔２２２，２３２，２４２の外縁を両側から挟むように第１偏向電極２５１と第２偏向電極２５２が対向して配置されている。すなわち、投影された隣り合う孔２２２，２３２，２４２と孔２２２，２３２，２４２との間（以下、単に「ピッチ間」ともいう）に、第１偏向電極２５１と第２偏向電極２５２の２つの電極が配置されている。
【００４６】
一方、図４に示されるように、ピッチ間に第１偏向電極２５３と第２偏向電極２５４が交互に設けられるように配置することもできる。この場合、ピッチ間に１つの電極しか配置する必要がないので、直線上に配列された複数の孔２２２，２３２，２４２によって構成される電極群の狭ピッチ化が可能になる。
【００４７】
また、画像形成装置１を大気中で用いる場合には、偏向範囲が偏向電界の及ぶ範囲に限定される。よって、図３に示した配置の場合、偏向電極２５０（第１偏向電極２５１、第２偏向電極２５２）によりカバーされる偏向範囲は、第２偏向電極２５２の左端から第１偏向電極２５１の右端までであり、ドットを形成できない領域（すなわち、作像できない領域、第１偏向電極２５１の右端から第２偏向電極２５２の左端までの領域）がわずかながら残る。この領域をカバーするためには、例えば、上述したように、電極群の並びを複数段にして千鳥配列させる必要がある。一方、図４に示した配置の場合、第１偏向電極２５３、第２偏向電極２５４によりピッチ間がすべてカバーされる。したがって、この配置を採用する場合には、上述した千鳥配列が必須ではなくなる。ただし、この場合、交互に偏向方向が逆になるため、例えば、電子回路などの処理によりデータ送出方向を左から右へ、また右から左へと交互に逆になるようにする必要がある。
【００４８】
ターゲット電極２６０は、作像対象物４０の背面に配置され、偏向電極２５０との間に加速電界を形成することにより、微粒子１００を作像対象物４０に着弾付着させるものである。ここで、微粒子１００は作像対象物４０に対して一定の速度をもって衝突する事が望ましいため、作像対象物４０の表面が加速電界中に配置されていることが望ましい。なお、本実施形態では、作像対象物４０の背面にターゲット電極２６０を配置したが、作像対象物４０が導体である場合には、該作像対象物４０に直接、電位を与える構成としてもよい。
【００４９】
上述したように、サプレッサー電極２２０、アノード電極２３０、フォーカス電極２４０、及び偏向電極２５０は、３つのスペーサ２９０を介し、所定の間隔（例えば、１ｍｍ）を隔てて配置されている。スペーサ２９０は、各電極間に所定のすき間を確保するためのものである。スペーサ２９０は、各電極間が導通しないように、絶縁体により形成される。ただし、絶縁体は、チャージアップによって予期せぬ擾乱電界を形成し、微粒子１００の集束特性に影響を及ぼす。そのため、チャージアップを抑制するために、スペーサ２９０を微粒子１００の飛翔経路からできるだけ離して配置するか、若干の導電率を有するチャージアップしにくい素材を用いるか、または、スペーサ２９０の表面をコーティングすることが好ましい。
【００５０】
定着装置３０は、作像対象物４０に着弾付着した微粒子１００が剥落しないように微粒子１００を永久定着するものである。すなわち、定着装置３０は、特許請求の範囲に記載の定着手段として機能する。付着したドット状の厚膜を潰さないように定着させる必要があるため、本実施形態では、レーザ光を照射して熱を加え、微粒子１００の表面を溶かす事によって微粒子１００を定着する方法を採用した。なお、微粒子１００を定着する方法はこの限りではなく、例えば、背面ヒーター加熱等の方法を採用してもよい。
【００５１】
次に、画像形成装置１の動作について説明する。まず、例えばトナーなどの微粒子１００が、供給装置１０の表面に付着されて作像装置２０の微粒子出射位置１１０まで搬送される。微粒子１００は、微粒子出射位置１１０まで搬送される間に、ブレード２００により摩擦帯電される。微粒子出射位置１１０まで搬送された微粒子１００は、供給電極２１０とアノード電極２３０とによって形成される静電界により、供給装置１０の表面から引き剥がされ、作像対象物４０に向けて出射される。その際、例えば作像する画像データに応じてサプレッサー電極２２０に適当な電位が与えられ、微粒子１００の出射、すなわち出射する／しないが制御される。
【００５２】
出射された微粒子１００の流れは、フォーカス電極２４０によって集束される。ここで、微粒子１００の飛翔軌跡をシミュレーションした結果を図７に示す。なお、シミュレーションモデルは回転対称となるため、図７では、回転中心から右半分だけを表示した（図８においても同じ）。また、図７では、図を見やすくするために縦横の比率を変更した。このシミュレーションでは、供給電極２１０、サプレッサー電極２２０、アノード電極２３０、フォーカス電極２４０、及びターゲット電極２６０の５電極構成とした。また、サプレッサー電極２２０、アノード電極２３０、及びフォーカス電極２４０それぞれは、厚さ０．１ｍｍの曲がりのない金属薄板からなり、供給電極２１０とサプレッサー電極２２０とは５ｍｍの間隔、サプレッサー電極２２０とアノード電極２３０及びアノード電極２３０とフォーカス電極２４０とは１ｍｍの間隔、フォーカス電極２４０とターゲット電極２５０とは３ｍｍの間隔を空けて互いに並行に配置されているものとした。サプレッサー電極２２０、アノード電極２３０、及びフォーカス電極２４０それぞれには直径２ｍｍの孔２２２，２３２，２４２が形成されており、それぞれの孔２２２，２３２，２４２の中心線が一致するように配置されているものとした。
【００５３】
このシミュレーションでは、供給電極２１０に＋２０００Ｖ、サプレッサー電極２２０に０Ｖ、アノード電極２３０に−３００Ｖ、フォーカス電極２４０に−３００Ｖ、ターゲット電極２６０に−１５００Ｖの電位を与えた。また、微粒子１００の半径ｒは５μｍ、密度ρは７２８０ｋｇ／ｍ３（半田ボールに相当）、微粒子１００の帯電量ｑは−１×１０−１５Ｃに設定した。そして、該微粒子１００が初速ｖ０＝３ｍ／ｓで供給電極２１０からターゲット電極２６０に向けて出射されたと仮定してシミュレーションを行った。シミュレーション結果、すなわち微粒子１００の飛翔軌跡を図７中に細い実線で示す。フォーカス電極２４０近傍の電界の影響により、微粒子１００が中心方向の力を受け、集束するような軌跡を描いている。供給電極２１０の位置で直径φ＝１．８ｍｍの広がりをもって飛翔した微粒子１００は、ターゲット電極２６０の位置で直径φ＝０．９７ｍｍの円内に集まった。このシミュレーション結果は、実際の実験結果とも概ね一致した。なお、このシミュレーションでは、空気抵抗と、ターゲット電極２６０から供給電極２１０の方向に向かう重力加速度とを加味するため、空気の粘性係数ηを１．８２×１０−５Ｐａ・ｓとし、重力加速度を９．８ｍ／ｓ２として計算を行った。
【００５４】
ここで、図８を参照しつつ、微粒子１００の飛翔軌道のシミュレーション結果における空気抵抗と重力加速度の影響について説明する。図８の左側には、空気抵抗と重力加速度を考慮しない場合の微粒子１００の飛翔軌道（シミュレーション結果）が示されている。ここでは、フォーカス電極２４０に−４９０Ｖの電位を与えることにより、減速結像させている。静電レンズの場合、中間の電極（フォーカス電極２４０）の電位をその両側に配置されている電極の電位と比べて高くしても低くしても、微粒子１００に対して集束作用が働く。その際、静電レンズを通る前後における微粒子１００の速度変化に応じて、減速結像と、加速結像とに区別される。なお、画像形成装置１では、減速結像、加速結像のいずれをも用いることができる。
【００５５】
図８の中央には、上述した条件に対して、空気抵抗と重力加速度を考慮した場合の微粒子１００の飛翔軌道（シミュレーション結果）が示されている。この条件の場合、微粒子１００は、フォーカス電極２４０が発生する減速電界を乗り越えることができなかった。この結果は、空気抵抗がない場合において、微粒子１００は、電界があれば加減速を続け、電界がなければ等速度運動を行うが、空気抵抗がある場合には、電界があっても空気抵抗と電界から受ける力とが釣り合った状態の終末速度に速やかに移行して等速度運動となり、電界がないと空気抵抗によって停止してしまう、という微粒子１００の挙動の違いに起因する。
【００５６】
図８の右側には、空気抵抗と重力加速度を考慮するとともに、各電極に与えられる電位を調整した場合の微粒子１００の飛翔軌道（シミュレーション結果）が示されている。供給電極２１０からサプレッサー電極２２０（−７００Ｖ）にかけては減速電界であるが、重力加速度の方が大きいため、微粒子１００はターゲット電極２６０に向けて飛翔する。その後のアノード電極２３０（−２５０Ｖ）との電位差によって、微粒子１００は集束作用を受ける。ちなみに、減速結像に於いては、微粒子軌道は半径方向に広がった後、再び中心に向けて集まる効果が十分に得られず、集束効果が見られなかった。したがって、大気中で集束作用を得るには、加速結像を利用することが好ましい。また、作像対象物４０（ターゲット電極２６０）まで微粒子１００を到達させるためには、局所的にはともかく、継続的に加速電界を与えることが必要である。もっとも、微粒子１００の飛翔領域付近が減圧雰囲気になっていれば、上述した空気抵抗の影響について考慮する必要はない。重力加速度の影響もほぼ無視することができる。また、大気中では、微粒子１００の飛翔によって空気の流れが発生し、特に作像対象物４０に付着する際に周方向へと分散する流れが発生し、集束した微粒子１００が発生した流れに沿って分散してしまう現象が生じることがある。しかし、減圧雰囲気下であれば、このような現象が発生しないため、この点も考慮する必要がない。
【００５７】
画像形成装置１の動作説明に戻ると、フォーカス電極２４０により集束された微粒子１００の流れは、偏向電極２５０によってその向きが偏向される。ここで、図９、図１０を参照しつつ、偏向電極２５０を構成する第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２に与えられる電位と偏向特性（形成されるドット形状）との関係について説明する。図９は、第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２に基準電位に対して異符号同値の電位を付与した場合の偏向特性（ドット形状）を示す図である。一方、図１０は、いずれか一方の電極に対して付与する電位を調整した場合の偏向特性（ドット形状）を示す図である。
【００５８】
図９の中央には、第１偏向電極２５１に−３１５Ｖ、第２偏向電極２５２に−３１５Ｖの電位を付与したときに作像対象物４０表面に着弾付着した微粒子１００によって形成されたドット形状が示されている。この場合、第１偏向電極２５１の電位と、第２偏向電極２５２の電位とが同値であるため、集束された微粒子１００は偏向されることなく作像対象物４０に着弾付着した。また、この条件では、供給電極２１０面で直径φ＝４２０μｍの広がりを持って出射された微粒子１００が、集束された結果、作像対象物４０面で直径φ＝８４μｍのドットを形成した。出射時の面積に対して付着時の面積は１／２７．５となっており、仮に供給電極２１０面で粒径５μｍの微粒子１００一層分が供給されたとすると、作像対象物４０面において、高さ１３７μｍのドット（厚膜）が形成されることになる。
【００５９】
また、図９の左側には、第１偏向電極２５１に−４１５Ｖ、第２偏向電極２５２に−２１５Ｖ（基準電位（−３１５Ｖ）に対して±１００Ｖ）の電位を付与したときに作像対象物４０表面に着弾付着した微粒子１００によって形成されたドット形状が示されている。一方、図９の右側には、第１偏向電極２５１に−２１５Ｖ、第２偏向電極２５２に−４１５Ｖの電位を付与したときに作像対象物４０表面に着弾付着した微粒子１００によって形成されたドット形状が示されている。いずれの場合も、基準の電位に対して正の電位を付与した電極の方に偏向している。作像対象物４０面におけるドット形状は偏向していないときと比較して若干広がるが許容範囲に収まっている。
【００６０】
図１０の中央に示されたドット形状は、上述した図９の中央に示されたものと同じ条件下で形成されたものであるので、ここでは説明を省略する。図１０の左側には、第２偏向電極２５２のみに基準電位に対して＋２００Ｖの電位を付与したときに作像対象物４０表面に着弾付着した微粒子１００によって形成されたドット形状が示されている。また、図１０の右側には、第２偏向電極２５２のみに基準電位に対して−２００Ｖの電位を付与したときに作像対象物４０表面に着弾付着した微粒子１００によって形成されたドット形状が示されている。第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２に対して異符号同値の電位を付与した場合も、いずれか一方の電極に対してのみ付与する電位を調整した場合も、偏向距離の範囲は１ｍｍ程度で同一である。しかし、両電極２５１，２５２に対して異符号同値の電位を付与した場合には、どちらの方向にも同じ距離だけ偏向されているのに対して、いずれか一方の電極に対してのみ付与する電位を調整した場合には、偏向方向によって偏向距離が異なった。そのため、いずれか一方の電極に対してのみ付与する電位を調整する方法では、必要な偏向距離に対応する偏向電位を算出することが困難である。また、この方法では、微粒子１００により形成されるドット形状について、偏向方向によっては非常に歪んだ形状になってしまう。そのため、第１偏向電極２５１及び第２偏向電極２５２に対しては、異符号同値の電位を付与することが好ましい。
【００６１】
画像形成装置１の動作説明に戻ると、偏向電極２５０により偏向された微粒子１００は、飛翔して作像対象物４０に着弾付着する。ここで、作像対象物４０を電極群の配列方向（図２中のＹ方向）と垂直方向（図２中のＸ方向）に等速度で動かすとともに、作像対象物４０の移動に同期させて微粒子１００の出射、集束、及び偏向を制御する事により、作像対象物４０上に微粒子１００による厚膜画像が形成される。なお、用途によっては、電極群を二次元的に配置し、作像対象物４０をステップ＆リピート方式で動作させて作像する方式を採用してもよい。
【００６２】
本実施形態によれば、出射された微粒子１００を集め、積層して付着、定着させることにより、厚膜を直接形成することができるため、より高速に厚膜印刷を行うことができる。また、微粒子１００を集束させることにより、微粒子１００によって形成されるドットの形状及び大きさを適切に調節することができるため、より高精度・高品質な厚膜印刷を行うことができる。その結果、より高速かつ高精度・高品質な厚膜印刷を行うことが可能となる。
【００６３】
本実施形態によれば、フォーカス電極２４０により集束された微粒子１００の流れの向きを偏向することができるため、微粒子１００によって作像対象物４０の表面に形成されるドットの位置を任意に調節することができる。そのため、ピッチ間での作像が可能となる。
【００６４】
本実施形態によれば、供給電極２１０、サプレッサー電極２２０、アノード電極２３０、フォーカス電極２４０及び偏向電極２５０が、所定の間隔を隔てて並列に配置されている。そのため、微粒子１００の出射が制御されるとともに、微粒子１００が供給電極２１０から作像対象物４０まで飛翔する過程において、出射された微粒子１００の流れを集束し、偏向することが可能となる。
【００６５】
本実施形態によれば、サプレッサー電極２２０は、千鳥状に配列された複数の孔２２２毎に個別の電極が形成されている。また、アノード電極２３０の孔２３２、フォーカス電極２４０の孔２４２、及び偏向電極２５０は、サプレッサー電極２２０を構成する複数の孔２２２に対応して設けられている。そのため、微粒子１００の出射、集束、及び偏向を複数、同時に制御することができる。そのため、複数のドットを同時に並行して形成することができる。その結果、厚膜印刷の印刷速度をより高速化することが可能となる。
【００６６】
本実施形態によれば、サプレッサー電極２２０の孔２２２が、２列に交互に配列、すなわち千鳥状に配列されており、複数の微粒子１００を同時に出射することができるため、複数のドットを同時に形成することができる。また、ピッチが低減されるため、形成される画像のドット密度を高めることが可能となる。
【００６７】
本実施形態によれば、厚さ約０．１ｍｍの金属板に複数の孔２４２又は孔２３２を形成することによってフォーカス電極２４０又はアノード電極２３０を製造することができる。よって、フォーカス電極２４０又はアノード電極２３０を容易に、また低コストで製造することができる。
【００６８】
本実施形態によれば、偏向電極２５０が、微粒子１００の飛翔軌道を挟むように対向して配置される第１偏向電極２５１、及び第２偏向電極２５２から構成される。そのため、これらの第１偏向電極２５１、及び第２偏向電極２５２に適当な電圧を印加することにより、適切に微粒子１００の流れを偏向することが可能となる。
【００６９】
また、本実施形態によれば、対向して配置されている第１偏向電極２５１、第２偏向電極２５２に付与される電位が、基準電位に対して、互いに異符号同値であるため、微粒子１００の流れを偏向する際に、形成されるドットの歪を減少させることができる。そのため、微粒子１００によって形成されるドットをより精度良く打つことが可能となる。
【００７０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、微粒子１００を出射するために供給電極２１０とアノード電極２３０との間に静電界を形成する方法を用いたが、この方法に代えて、機械的な振動若しくは交流電界による電気的な振動を微粒子１００に与える方法、又は空気圧により出射する方法などを用いることもできる。
【００７１】
上記実施形態では、サプレッサー電極２２０に適当な電位を与えることにより微粒子１００の出射を制御したが、供給電極２１０に付与する電位を調節することによって微粒子１００の出射を制御する構成としてもよい。この場合、サプレッサー電極２２０を省略することができるため、コストを低減するとともに、生産性を向上させることができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、フォーカス電極２４０と偏向電極２５０とを別々に配置したが、フォーカス電極２４０を２つに分割し、集束用の電位に対して異符号同値の電位を重畳させる構成とすることもできる。このようにすれば、フォーカス電極２４０が偏向電極２５０の機能を兼ね合わせて持つこととなる。この場合、偏向電極２５０を省略することができるため、コストを低減するとともに、生産性を向上させることができる。
【００７３】
上記実施形態では、作像対象物４０に付着した微粒子１００を定着させるためにレーザを用いたが、微粒子１００を定着させる方法はこの方法には限られない。例えば、レーザに代えて、セラミックヒータ（赤外線）やストロボを利用することもできる。また、作像対象物４０を焼成炉に入れて熱を加える構成としてもよい。さらに、のり状物質を作像対象物４０の微粒子１００付着箇所又は微粒子１００上に噴霧することにより定着してもよい。又は、例えば微粒子１００表面に水分と反応して粘着性を発する材料をコーティングしておき、作像対象物４０付近に水蒸気または微細な水滴を噴霧することで、作像対象物４０に付着した微粒子１００を定着させることもできる。
【００７４】
上述した図１と図２とでは、上下を逆にして示したが、供給途中及び付着時などに微粒子１００が剥落しなければ、微粒子１００を飛翔させる方向は上下どちらでも構わない。微粒子１００を水平方向に飛翔させるように構成（又は設置）してもよい。ただし、電子やイオンを飛翔させる場合と比較して、微粒子１００は質量が著しく大きく、また、飛翔速度が低いため、重力の影響を考慮する必要がある。また、大気圧下で飛翔させる場合には、空気抵抗による微粒子１００の減速効果も大きい。そのため、大気圧下で使用する場合には、鉛直下方（重力が作用する方向）に微粒子１００が飛翔するように構成（又は設置）することが好ましい。
【００７５】
上記実施形態では、画像作像装置１を厚膜印刷に適用したが、画像作像装置１は、薄膜印刷に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施形態に係る画像形成装置の構成を模式的に示す端面図である。
【図２】実施形態に係る画像形成装置を構成する作像装置を示す斜視図である。
【図３】作像装置を構成する偏向電極の配置を示す図である。
【図４】作像装置を構成する偏向電極の他の配置例を示す図である。
【図５】微粒子の流れが静電レンズにより集束（減速集束）される様子を示す図である。
【図６】微粒子の流れが静電レンズにより集束（加速集束）される様子を示す図である。
【図７】微粒子の飛翔軌跡のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】微粒子の飛翔軌道に対する空気抵抗と重力加速度の影響を説明するための図である。
【図９】偏向電極に異符合同値の電位を付与した場合の偏向特性（ドット形状）を示す図である。
【図１０】偏向電極の一方の電位のみを調整した場合の偏向特性（ドット形状）を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  画像形成装置
１０  供給装置
２０  作像装置
３０  定着装置
４０  作像対象物
１００  微粒子
２００  ブレード
２１０  供給電極
２２０  サプレッサー電極
２３０  アノード電極
２４０  フォーカス電極
２５０  偏向電極
２５１，２５３  第１偏向電極
２５２，２５４  第２偏向電極
２６０  ターゲット電極
２９０  スペーサ
【図１】
2010115805.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010115805.tif 000011
【図１０】
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