(57)【要約】本発明は、後続の画像形成期間に発生する空気圧力波によって、残留トナー粒子を素早く、また効率的に、開孔あるいは開孔のまわりから取り除くクリーニング方法と、該方法を実行するためのクリーニングユニットとを提供する。空気圧力波は圧力変更手段によって作り出され、該圧力変更手段は印刷ヘッド機構と受像媒体間の隙間に一時的な圧力差を生じさせる。空気圧力波は、開孔内または開孔のまわりに凝集したトナーを解放するような寸法の振幅と、上昇時間と、下降時間とを有する。さらに圧力波は、開孔の周囲に置かれたノズルと結合して配置される振動成分、例えば、スピーカ膜によって作り出されることが好ましい。
2004506533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子キャリヤから背後電極部材への帯電トナー粒子の搬送を調節するために、画像情報を静電界パターンに変換する画像形成装置であって、
前記粒子キャリヤから前記背後電極部材に向けて帯電トナー粒子の搬送を可能にする背景電界を生じさせる背景電圧源と、
複数の開孔と前記開孔に結合して配置される制御電極とを含み、前記背景電界内に配置される印刷ヘッド機構と、
前記粒子キャリヤから前記開孔を通る帯電トナー粒子の搬送を選択的に許容または制限するために、画像情報に従って前記制御電極に対して制御電位を供給するための制御電圧源と、
搬送された前記帯電粒子を画像形状に対応するために印刷ヘッド機構に対して移動される受像部材と、
画像形成後に前記開孔の近傍から残留トナー粒子を除去するために圧力波を発生させるクリーニングユニットを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記クリーニングユニットは、少なくとも１つの開口部を有する中空部分と、前記中空部分内に配置される可動素子とを備え、
前記可動素子は、前記開孔の近傍から残留トナー粒子を除去するために、前記中空部分内に体積変化を生じさせて前記開口部を通して圧力波を発生させるよう動作可能であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記可動素子は、前記中空部分内に体積膨張を生じさせて前記開口部側に向けて伝搬する圧力波を発生させるよう動作可能であり、前記圧力波は前記開孔の近傍から残留トナー粒子を除去するために吸引力を付与することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記可動素子は、前記中空部分内に体積収縮を生じさせて前記開口部側から離れるように伝搬する圧力波を発生させるよう動作可能であり、前記圧力波は前記開孔近傍から残留トナー粒子を除去するためにブロー力を付与することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記開口部が、前記印刷ヘッド機構の近傍に配置されることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記開口部が、前記印刷ヘッド機構と前記受像部材との間に、前記受像部材の移動方向に対して略直交方向に配置されることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記開口部が、前記粒子キャリヤと前記受像部材との間に、前記受像部材の移動方向に対して略直交方向に配置されることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記印刷ヘッド機構が基板を備え、該基板が前記粒子キャリヤに面する第１表面と、前記受像部材に面する第２表面と、該基板を貫通する複数の開孔とを備え、前記開口部が、前記開孔近傍の前記第２表面に配置されることを特徴とする請求項２〜７いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記開孔が、基板の幅全体に亘って受像部材の移動方向に対して略直交方向に延在する、少なくとも１つの列として配置され、前記開口部が前記開孔の列に対して略平行に延在していることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記可動素子は、振動発生素子により動作される柔軟な隔壁、好ましくは膜であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記可動素子は、前記開口部から離間し、または前記開口部に向かう並進運動によって動作される硬質隔壁であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記可動素子は、キャビティを有する回転部材であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記中空部分の体積変化が、Ｘ〜Ｙマイクロセカンドの範囲の継続期間を有することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項１３】
受像部材が少なくとも１つのプリントユニットに対して移動され、前記プリントユニットが絶縁材料の基板を有し、該基板が粒子キャリヤに面する第１表面と、受像部材に面する第２表面と、画像形成中に前記粒子キャリヤから前記受像部材へと選択的に搬送される帯電トナー粒子が通過する複数の開孔を備えた画像形成装置において、
前記基板の第２表面に結合して配置される少なくとも１つの開口部と、画像形成後に前記基板から残留トナー粒子を除去する圧力波を生じさせるための圧力変更手段とを備えるクリーニングユニットを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
複数のプリントユニットと、前記複数のプリントユニットに共通の前記クリーニングユニットとを有し、
前記クリーニングユニットが、複数の開口部を有し、各開口部が対応するプリントユニットの前記基板の前記第２表面に結合して配置されていることを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１５】
複数の前記クリーニングユニットを有し、前記各プリントユニットが対応する前記各クリーニングユニットと協働することを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記基板の第２表面と前記受像部材間にエアギャップを形成し、
前記クリーニングユニットが、前記エアギャップ内の空気圧を大気圧から所定のクリーニング圧へ変更するために、前記開口部に接続される圧力変更手段を備えることを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記クリーニング圧が、前記大気圧より低いことにより前記開口部側へ伝搬する圧力波を生じさせることを特徴とする請求項１６記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記大気圧と前記クリーニング圧との空気圧力差が、２０ｍｓより短い、好ましくは１０ｍｓより短いパルス期間に発生されることを特徴とする請求項１６記載の画像形成装置。
【請求項１９】
前記印刷ヘッド機構が、トナー粒子の軌跡を制御するための偏向電極を含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、コンピュータが作成した画像情報を静電界パターンに変換する直接印刷装置に関し、該装置は粒子源から印刷ヘッド機構を通して背後電極に向けて帯電粒子を選択的に搬送し、それによって、印刷ヘッド機構に対して相対的に動かされた受像基板上に、帯電粒子を画像形状に付着させる。詳しくは、本発明は、画像形成後に印刷ヘッド機構から残留帯電粒子を除去するために、上述の直接印刷装置に設けられるクリーニングユニットに関する。
【０００２】
発明の背景
米国特許第５，０３６，３４１号明細書は、コンピュータからの信号から直接、トナー粒子で受像基板上にテキストと映像を作り出すための直接静電印刷装置と方法を開示している。この装置は、概して複数の開孔を備えた印刷ヘッド機構を含み、画像情報に従った制御によって、この開孔を通ってトナー粒子が粒子源から受像媒体へと選択的に搬送される。
【０００３】
直接静電印刷の欠点は、高解像度印刷を可能にするために、開孔サイズを充分に小さくしなければならない一方、トナーの凝集により開孔が詰まるのを防止しなければならず、そのため開孔サイズを充分に大きくしなければならないことである。
【０００４】
従って、目詰まりした開孔から残留トナーを除去するクリーニング手段の機能を高めるため様々な手段が導入された。その手段の１つが、米国特許第５，４４６，４７８号明細書に開示されており、それは２つの後続の画像形成期間の間のクリーニングサイクル間に空気流を作り出すことより成り、この空気流が残留トナー粒子を印刷ヘッド機構から引き離し、粒子キャリヤへと戻す。さらに別のクリーニング方法が、米国特許第５、３７４，９４９号明細書に開示されており、開孔におけるトナーの詰まりを防止する目的で，粒子キャリヤと背後電極間にある交流静電界が振動運動をトナーに生じさせる。
【０００５】
過剰のトナーを粒子キャリヤへとはじき返すためにも、静電界が形成される。
【０００６】
直接静電方法で高解像度印刷の要件を満たすためには、開孔の周辺から残留トナーを効率的に除去し、除去されたトナーを印刷ヘッド機構から離して搬送するクリーニングユニットを改良する必要がある。
【０００７】
発明の要約
本発明の目的は、後続の画像形成期間の間に発生される空気圧力波によって、残留トナー粒子を素早く、また効率的に開孔からあるいは開孔のまわりから取り除くクリーニング方法と、該方法を実行するためのクリーニングユニットとを提供することである。空気圧力波は圧力変更手段によって作り出され、該圧力変更手段は印刷ヘッド機構と受像媒体間の隙間に一時的な圧力差を提供する。空気圧力波は開孔内または開孔のまわりに凝集したトナーを解放するような振幅と、上昇時間と、下降時間とを有する。圧力波は、開孔の周囲に置かれたノズルと結合して配置される振動成分、例えば、スピーカ膜によって作り出されることが好ましい。
【０００８】
実施例の詳細な説明
本発明による直接静電印刷方法を実施するために、粒子キャリヤと背後電極間に背景電界を作り出し、それらの間で帯電粒子の搬送を可能にする。複数の選択可能な開孔を設けた電極マトリックス等の印刷ヘッド機構が、粒子源と背後電極間の背景電界内に置かれ、静電界のパターンに画像情報を変換する制御装置に接続され、該制御装置は、画像情報に従った制御により、電極マトリックス内の通路を選択的に開閉して、粒子キャリヤからの帯電粒子の搬送を許容または制限する。こうして、開かれた開孔の通過が許容された帯電粒子の変調流が背景電界にさらされ、背後電極に向けて推進される。ラインごとのスキャン印刷を行って可視像を形成するために、帯電粒子が受像基板上に付着される。
【０００９】
直接静電印刷において使用される印刷ヘッド機構は、行と列に配置された交差ワイヤの格子、または開孔と結合して配置される制御電極のプリント配線回路が形成された電気絶縁材料の開孔基板等、種々のデザインのものであってよい。一般に印刷ヘッド機構は、第１の表面が粒子キャリヤに面し、第２の表面が背後電極に面すると共に、複数の開孔が基板を貫通して配置されているポリイミド等の絶縁材料の柔軟な基板を含む。第１表面が絶縁層で被覆され、各制御電極が対応する開孔を囲むような構成で、制御電極が基板の第１表面と絶縁層の間に配置される。開孔は、基板の全幅に亘って横断し、つまり、受像基板の移動方向に対して直交方向に延在する１つ以上の列に整列されることが好ましい。
【００１０】
このような方法によれば、横断方向に画像の特定のドット位置にアドレス指定するため目的で、各々１つの開孔を使用する。このように、横断方向の印刷アドレス指定能力は、印刷ヘッド機構を貫通する開孔の密度によって制限される。例えば、３００ｄｐｉの印刷アドレス指定能力を得るには、横断方向に１インチ当たり３００個の開孔を有する印刷ヘッド機構が必要である。
【００１１】
本発明の好適実施例によれば、直接静電印刷装置は、ドット偏向制御（ＤＤＣ）を含む。該実施例によれば、開孔を通るトナー粒子の搬送のみならず、受像基板に向かう搬送軌跡をも制御し、それによって得られたドットの位置を制御することによって、各々１つの開孔を使用して、受像基板上の幾つかのドット位置をアドレス指定する。ＤＤＣ方法は、印刷ヘッド機構内に多数の開孔を必要とすることなく、印刷アドレス指定能力を増大させる。これは、印刷ヘッド機構に可変偏向電圧に接続される偏向電極を設けることにより達成され、該可変偏向電圧は、各印刷サイクル間、静電制御界の対称度を順次修正して、トナー粒子の変調流を所定の偏向方向に偏向させる。例えば、１回の印刷サイクルごとに３つの偏向ステップを実施するＤＤＣ方法は、１インチ当たり２００個の開孔しか有していない印刷ヘッド機構を使用して、６００ｄｐｉの印刷アドレス指定能力を実現する。
【００１２】
好適実施例によれば、改良されたＤＤＣ方法は、ドットサイズとドット位置の同時制御を提供する。該方法は、トナー粒子の変調流の収束に影響を及ぼして、ドットサイズを制御するために、偏向電極を使用する。２個の偏向電極Ｄ１とＤ２が同じ振幅を有する限り、制御電極により発生する静電制御界が略対称を維持するように、各々の偏向電圧Ｄ１とＤ２に接続された２個の偏向電極によって各開孔を囲む。トナー粒子が受像媒体に向けて搬送されるにつれて、トナー粒子に収束力を与えて、更に小さなドットを形成するために、Ｄ１とＤ２の振幅を変調する。Ｄ１とＤ２間の振幅差を変調して、所定のドット位置に向かうトナーの軌跡を偏向させることにより、ドット位置を同時に制御する。
【００１３】
ＤＤＣ方法において使用される印刷ヘッド機構は、概して、第１の表面が粒子キャリヤに面し、第２の表面が背後電極に面すると共に、複数の開孔が貫通して配置された、ポリイミド等の絶縁材料の柔軟な基板を含む。第１の表面には、制御電極を含む第１のプリント配線回路が形成され、第２の表面には、偏向電極を含む第２のプリント配線回路が形成される。両プリント配線回路は絶縁層で被覆される。このような方法を使用して、１６０μｍのオーダーの直径を有する開孔で、６０μｍのドットが得られる。
【００１４】
本発明による方法及び装置を明確にするために、添付図面に沿ってその使用例を幾つか説明する。
【００１５】
図１に示すように、本発明の第１実施例による画像形成装置は、少なくとも１つの印刷ステーション、好ましくは４つの印刷ステーション（Ｙ・Ｍ・Ｃ・Ｋ）と、中間受像部材１と、駆動ローラ１０と、少なくとも１つの支持ローラ１１と、好ましくは幾つかの調節可能な保持素子１２とを備える。４つの印刷ステーションは、中間受像部材１に対して配置される。受像部材、好ましくは、転写ベルト１が駆動ローラ１０に装着される。少なくとも１つの支持ローラ１１には、転写ベルト１の横方向の動きを防止する一方、転写ベルト１を一定の張力に維持する機構が設けられる。保持素子１２は各印刷ステーションに対して転写ベルト１を正確に位置決めするためのものである。
【００１６】
駆動ローラ１０は、ベルト１の運動方向に対して直交方向に延在する回転軸と、ラインごとのスキャン印刷を行うために、１印刷サイクル当たり１つのアドレス指定可能なドット位置の速度で、ベルト１を移動するように調節された回転速度とを有する円筒形の金属スリーブであることが好ましい。各印刷ステーションから所定距離にベルト表面を維持するために、調節可能な保持素子１２が配置される。保持素子１２は、ベルトの張力と組み合わせて、ベルト上に安定化力成分が生じるように、少なくとも各印刷ステーションの近傍でベルト１をわずかに曲げるような、アーチ形の構成でベルト移動に対して垂直に配置される円筒形スリーブであることが好ましい。この安定化力成分は、対応印刷ステーションに印加される異なる電位との相互作用のために、ベルト１に作用する静電吸引力に対して方向が逆で、好ましくは、これよりも大きい。
【００１７】
転写ベルト１は、基部として３０〜２００μｍの厚さを有する複合材料のエンドレスバンドであることが好ましい。基部複合材料は、２６０℃のガラス転移点と３８８℃の融点等の高い熱抵抗と、２５０℃のオーダーの温度下に安定した機械特性とを有する、熱可塑性ポリアミド樹脂または他の適当な材料を適宜含んでいてもよい。転写ベルトの複合材料は、炭素等の、均質な濃度の充填材料を有することが好ましく、それは、転写ベルト１の全表面に亘って均一な電導性を与える。転写ベルト１の外面は適切な電導率と、熱抵抗と、吸着性と、リリース特性と表面平滑性とを有する電導性重合体材料で作られる、５〜３０μｍの厚みの被覆層で被覆されることが好ましい。
【００１８】
転写ベルト１は、４個の異なる印刷ステーションを通過して移動される一方、トナー粒子は転写ベルトの外周面に付着して重ねられ、４つのカラートナー像を形成する。その後、トナー像は、転写ベルトの内周面と直接接触して横断方向に配置される定着ホルダ１４を備えた溶融ユニット１３を通して移動されることが好ましい。定着ホルダは、好ましくは、例えばモリブデン等の加熱素子１５、好ましくは抵抗型の加熱素子１５を含み、転写ベルト１の内周面と直接接触が維持されている。電流が加熱素子１５を通って流れるにつれて、定着ホルダ１４は、転写ベルト１の外周面に付着したトナー粒子を溶かすのに必要な温度に達する。溶融ユニット１３は、更に、転写ベルト１の全幅に亘って横断方向に配置され定着ホルダ１４に面する圧力ローラ１６を含む。一枚の無地の未印刷紙、または直接印刷に適した他の媒体等の情報キャリヤ２が、紙配送ユニット２１から供給され、圧力ローラ１６と転写ベルト間を移動される。圧力ローラ１６は、定着ホルダ１４の加熱面に対し加圧されて回転し、それによって、溶けたトナー粒子が情報キャリヤ２に溶着して永久像を形成する。
【００１９】
溶融ユニット１３を通過した後、全ての未転写トナー粒子を外周面から除去するために、転写ベルトを、転写ベルト１の全幅に亘って延在する例えば繊維材料から成る交換可能なスクレーパーブレード等のクリーニング素子１７に接触させる。
【００２０】
図２に示すように、本発明による画像形成装置の印刷ステーションは、好ましくはトナー粒子を保持するために交換可能または再充填可能な容器３０を有する粒子配送ユニット３を含み、該容器３０は前後の壁（図示せず）と、一対の側壁と、前壁と後壁間に延在する細長い開口部３１を有する底壁とを有し、該底壁には、粒子帯電部材３４を通して現像スリーブ３３に連続的にトナー粒子を供給するために配置されるトナー供給素子３２が設けられている。粒子帯電部材３４は、繊維状の弾性材料で作られるか、同材料で被覆された供給ブラシまたはローラとして構成することが好ましい。供給ブラシ上の繊維材料と現像スリーブの適当な被覆材料との間の相互摩擦作用で、トナー粒子の摩擦帯電により生じる接触電荷交換によって粒子を帯電させるために、供給ブラシを現像スリーブ３３の外表面に機械的に接触させる。現像スリーブ３３は、好ましくは伝導性材料で被覆された金属で作られ、略円筒形の形状と粒子容器３０の細長い開口部３１に対して平行に延在する回転軸とを有することが好ましい。帯電したトナー粒子は、実質的に（Ｑ／Ｄ）２に比例する静電力によって現像スリーブ３３の表面に対して保持され、式中、Ｑは粒子電荷であり、Ｄは粒子電荷の中心と現像スリーブ３３の境界との距離である。あるいは、帯電ユニットは、トナー粒子に電荷を誘導するか、あるいは注入するために電界を供給する、帯電電圧源（図示せず）をさらに含んでもよい。接触電荷交換で粒子を帯電することが好ましいが、該方法は、本発明の範囲から逸脱しなければ、従来の電荷注入ユニットまたは電荷誘導ユニット、コロナ充電ユニット等の他の適当な帯電ユニットを使用して実施してもよい。
【００２１】
現像スリーブ３３の外表面上のトナー粒子濃度を調節して、比較的薄くて均一な粒子層をその上に形成するために、計量素子３５が現像スリーブ３３に隣接して位置付けられる。計量素子３５は、均一な粒子層厚みを与えるのに適した、柔軟または硬質の、絶縁性または金属性のブレードまたはローラ、または他の部材で形成されてよい。更に、現像スリーブの表面上の均一な粒子電荷密度を保証するために、計量素子３５は、摩擦帯電に影響を及ぼす粒子層の計量電圧源（図示せず）にも接続してよい。
【００２２】
図３に示すように、現像スリーブ３３は現像スリーブ３３の外周表面に対して印刷ヘッド機構５を所定の位置に正確に支持し且つ維持するために、位置決め装置４０と関連して配置される。位置決め装置４０は、前部と、後部と、横断方向に延在する２つの側部ルーラ４２、４３とを有するフレーム４１とで構成され、側部ルーラ４２、４３は現像スリーブ３３の両側にその回転軸と平行に配置される。印刷ヘッド機構５の全幅を横切って延在する横方向の固定軸に沿って印刷ヘッド機構５を固定するために、回転方向を考慮した現像スリーブ３３の上流側に位置する第１の側部ルーラ４２には固着手段４４が設けられる。現像スリーブ３３の外周表面に対して所定の位置に印刷ヘッド機構５を支持するために、現像スリーブ３３の下流側に位置する第２の側部ルーラ４３に支持素子４５またはピボットが設けられる。支持素子４５と固定軸は、印刷ヘッド機構５が少なくともその長手方向の延長部の一部に沿ってアーチ形に維持されるように、相対的に位置される。アーチの形状は、支持素子４５と固定軸の相対的位置によって決定される曲率半径を有し、現像スリーブ３３の外表面の対応する部分のまわりに湾曲した印刷ヘッド機構５の部分を維持する寸法に作られる。現像スリーブ３３の起こり得る偏心または他の望ましくない変形に適応するために、支持素子４５は、固定された支持位置付近で長手方向及び横断方向の両方に印刷ヘッド機構５の位置のわずかな変化を許容するように、その長手方向の軸上の固定された支持位置で、印刷ヘッド機構５と接触配置される。つまり、支持素子４５は、現像スリーブ３３の望ましくない機械的欠陥にも拘わらず、印刷ヘッド機構５と現像スリーブ３３の外表面間の距離が印刷工程のあらゆる瞬間においてその全横断方向に沿って一定であることを保証するために、固定点を中心に印刷ヘッド機構５を旋回可能にするように配置される。位置決め装置４０の前部及び後部には固定部材４６が設けられ、その上にトナー配送ユニット３が固定位置に装着され、現像スリーブ３３の回転軸と印刷ヘッド機構５の横軸間に一定の距離を与える。
【００２３】
実際の印刷ステーションに面した転写ベルト１の対応する保持素子１２から正確な間隔を置いて現像スリーブ３３を配置するために、固定部材４６を、現像スリーブ３３の前部と後部に配置することが好ましい。固定部材４６は、現像スリーブ３３の回転軸と、対応する保持部材１２の中央横軸との間に並列関係を維持するような寸法に作られることが好ましい。
【００２４】
図４ａ、図４ｂ、図４ｃに示すように、本発明による画像形成装置における印刷ヘッド機構５は、所定の厚みと、現像スリーブに面する第１表面と、転写ベルトに面する第２表面と、全印刷領域に亘って現像スリーブ３３の回転軸に平行に延在する横軸５１と、その第１表面から第２表面まで基板５０を貫通して配置される複数の開孔とを有するポリイミド等の柔軟な絶縁材料の基板５０を備える。基板の第１表面は、例えばパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）等の絶縁材料の第１カバー層５０１で被覆される。開孔と結合して配置される複数の制御電極５３と、ある実施例においては、さらに、制御電極５３と結合して配置されるシールド電極機構（図示せず）とを備える第１のプリント配線回路は、基板５０と第１のカバー層５０１間に配置される。基板の第２表面は、例えばパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）等の絶縁材料の第２カバー層５０２で被覆される。複数の偏向電極５４を含む第２のプリント配線回路は、基板５０と第２のカバー層５０２間に配置される。更に、印刷ヘッド機構５は、第２カバー層５０２の少なくとも一部に配置され転写ベルト１に面した帯電防止材料層（図示せず）、好ましくは、酸化珪素等の半導体材料の層を含む。各印刷シーケンスの間に、対応する開孔５２を通して輸送されるトナー粒子の量を制御する制御電位を印加するために、印刷ヘッド機構５は、制御電極５３に接続される可変制御電圧源を備える制御装置（図示せず）と協働するようになっている。更に、制御装置は、対応開孔５２の通過が許容されたトナー粒子の収束及び軌跡を制御する偏向電圧パルスを与えるために、偏向電極５４に接続される偏向電圧源（図示せず）を備える。ある実施例では、制御装置は、互いに隣接する制御電極５３を静電気的に遮るシールド電位を印加して、これらの間の電気的相互作用を防止するために、シールド電極に接続されるシールド電圧源（図示せず）をも含む。本発明の好適実施例では、基板５０は、約５０μｍの厚みを有するポリイミドの柔軟なシートである。第１と第２のプリント配線回路は、各々、従来のエッチング技術を使用して、基板５０の第１と第２の表面上にエッチングされた、約８〜９μｍの銅版回路である。第１と第２のカバー層（５０１・５０２）は、真空蒸着技術を使用して基板５０上に積層された、５〜１０ミクロンの厚みのパリレン（ｐａｒｙｌｅｎｅ）である。開孔５２は、従来のレーザ微細加工（ｌａｓｅｒ ｍｉｃｒｏ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）法を使用して、印刷ヘッド機構５を貫通して形成される。開孔５２は、中心軸を中心にして円形または細長い形状を有することが好ましく、直径は８０〜１２０μｍの範囲であり、あるいは、横方向の小さい方の径が約８０μｍで、長手方向の大きい方の径が約１２０μｍである。開孔５２は、その中心軸に沿って一定の形状を有する、例えば、円筒形の開孔であることが好ましいが、ある実施例では、中心軸に沿ってその形状が連続的に、あるいは段階的に変化する開孔、例えば、円錐形の開孔であってもよい。
【００２５】
本発明の好適実施例では、印刷ヘッド機構５は、各印刷サイクルにおいて３つの偏向シーケンスを使用して６００ｄｐｉの印刷を実施する、つまり、各印刷サイクル間に印刷ヘッド機構の各開孔５２を通して、３つのドット位置をアドレス指定可能であるような寸法に作られる。従って、横断方向に三番目のドット位置ごとに１つの開孔５２が設けられる、つまり、１インチ当たり２００個の均等間隔に配置された開孔が、印刷ヘッド機構５の横軸５１に対して平行に並べられる。開孔５２は、概して１つまたは数個の列で並べられ、好ましくは、各々が１インチ当たり１００個の開孔を備える２つの並列列に配置される。
【００２６】
従って、開孔ピッチ、つまり、同じ列にある２つの隣接開孔の中心軸間距離が０．０１インチまたは約２５４μｍである。開孔列は、印刷ヘッド機構５の横軸５１の両側に配置され、全ての開孔が横断方向に均等間隔で配置されるように、互いに対して横断方向にシフトされることが好ましい。
【００２７】
開孔列間の距離は、ドット位置の総数に対応するように選ばれることが好ましい。
【００２８】
第１のプリント配線回路は、制御電極５３を備え、その各々が対応する開孔５２の周囲を囲むリング形状の機構と、好ましくは長手方向に延在してリング状機構を対応する制御電圧源に接続するコネクタとを有する。リング状機構が好ましいが、制御電極５３は、開孔５２を連続的または部分的に囲むために様々な形状を取ることができ、開孔の中心軸に関して対称な形状が好ましい。ある実施例では、特に開孔５２が１つの列に並べられる場合、制御電極は、長手方向よりは横断方向が小さく作られる方が好都合である。
【００２９】
第２のプリント配線回路は、複数の偏向電極５４を備え、その各々が、対応する開孔５２の周囲の所定部分付近に間隔を置いて配置される、半円形または三日月形の偏向セグメント５４１，５４２に分けられる。偏向セグメント５４１，５４２は、長手方向に対して所定の偏向角ｄで、開孔５２の中心を通って延在する偏向軸５４３の各々の側に、開孔５２の中心軸に関して対称に配置される。偏向軸５４３は、印刷サイクル間のベルト移動を無効化して、転写ベルト上に横断方向に整列したドット位置を得るために、各印刷サイクルで実施される偏向シーケンスの数に従った寸法に作られる。例えば、３つの偏向シーケンスを使用する場合、適切な偏向角度がアークタンジェント（１／３）、つまり約１８．４であるように選ばれる。
【００３０】
従って、第１ドットは、ベルト移動に対してわずかに上流側に偏向され、第２ドットは無偏向であり、第３ドットはベルト移動に対してわずかに下流側に偏向され、このようにして、転写ベルト上に横断方向に整列した印刷済みドットが得られる。従って、各偏向電極５４は、上流セグメント５４１と下流セグメント５４２を有し、全ての上流セグメント５４１が第１偏向電圧源Ｄ１に接続され、全ての下流セグメント５４２が第２偏向電圧源Ｄ２に接続される。３つの偏向シーケンス（例えば、Ｄ１＜Ｄ２、Ｄ１＝Ｄ２、Ｄ１＞Ｄ２）を各印刷サイクルにおいて実施することができ、それによってＤ１とＤ２間の距離が、各開孔５２を通るトナー流の偏向軌跡を決定し、トナー像上のドット位置を決定する。
【００３１】
ある状況下では、開孔５２とそれらの周辺領域からそこに集まった残留トナー粒子を除去する必要があるので、本発明による画像形成装置は、更に、トナー汚染を防止するために使用されるクリーニングユニット６を含む。帯電及びトナー材料の質量分布の望ましくない変化のために、現像スリーブ３３から解放されるトナー粒子の一部が、転写ベルト１に付着される印刷シーケンス間に、充分な運動量に達せず、画像形成に貢献しない。目的とする極性と反対の帯電極性を有する一部のトナー粒子、いわゆるまちがって符号付けされたトナーが背景電界の影響下で開孔を通過した後、印刷ヘッド機構５へと戻るように跳ね返されて、開孔５２周囲の領域において印刷ヘッド機構５に付着するかもしれない。一部の粒子は、搬送中に方向を逸脱し、開孔の壁に凝集し、開孔５２を塞ぐかもしれない。適切なクリーニングサイクル間に、例えば、所定数の画像形成サイクル後、あるいは残留トナー量を測定するセンサに従った制御に基づいて、残留トナー粒子を定期的に除去しなければならない。
【００３２】
図５ａまたは図５ｂに示すように、本発明の好適実施例によるクリーニングユニット６は、印刷ゾーンを横切って横断方向に延在し、転写ベルト１と印刷ヘッド機構５間に位置する細長いノズル６０を含む。細長いノズル６０は、圧力変更素子６１、好ましくは膜または、例えば，従来のスピーカにおいて使用されるタイプの他の振動発生素子に接続される。圧力変更素子６１は、ノズル６０を通して伝播される圧力波、つまり迅速な圧力差を生じさせ、印刷ヘッド機構５と転写ベルト１間のエアギャップ内に吸引力を発生させる。
【００３３】
図１０に示すように、開孔５２近傍の空気圧は、所定の下降時間Ｔｆ間に、典型的には５ｍｓで、初期の大気圧Ｐｏから、好ましくは大気圧Ｐｏより低いクリーニング圧Ｐｃｌへ変化する。その後、エアギャップ内の圧力は、安定化時間Ｔｓ間に、典型的には２０ｍｓで、その初期の大気圧Ｐｏを回復する。例えば、１００〜５００Ｐａの範囲の圧力降下は、ノズル６０を通して、エアギャップ内に伝搬する圧力波を生じさせる。圧力波は残留トナーに吸引力を印加する。
【００３４】
図５ａに示した本発明の好適実施例では、印刷ヘッド機構５の基板５０は現像スリーブ３３の外表面のまわりで上向きに曲げられ、転写ベルト１は対応する保持素子１２に対して下向きに曲げられる。
【００３５】
その結果、基板５０と転写ベルト１とは、開孔５２の近傍で互いに隣接して位置され、その相対距離は現像スリーブ３３の両側で増加し、基板５０とベルト１間にくさび形空間を形成する。
【００３６】
そのくさび形空間はチャネルとして機能し、このチャネルを通って圧力波が印刷ゾーンから圧力変更素子６１へ伝播される。クリーニングユニット６は、その回転方向に対して現像スリーブ３３の下流側に配置されることが好ましい。クリーニングユニット６は、前壁と後壁と、基板５０に接続された第１横壁６２１と、転写ベルト１に接続された第２横壁６２２とを備える。チャンバ６２内で、例えば、膜、あるいは圧力差を生じさせるのに適したファン，ベローズ，ピストン等の他の適当な可動素子によって生じる急速な体積変化によって、圧力差が生じる。
【００３７】
図６〜図９は、圧力変更素子の異なる実施例を示す。これらの実施例に共通する特徴は、チャンバ６２内で充分急速な体積変化を可能にすることである。これは、図６に示したような可動自由素子（ピストン）の並進運動により、図７に示したような固定された柔軟な素子（膜）の変形により、図８に示したような固定された硬質成分（ベローズ）の並進運動により、あるいは、図９に示したようなキャビティを有する素子（ポンプ）の回転により達成できる。
【００３８】
図５ａ及び図５ｂに示した好適実施例では、圧力変更素子６１は、スピーカにおいて従来から使用されているタイプの振動板である。環状ギャップ６４内を自由に動き回る振動板６１の中心に、小さなコイル６３が固定される。磁石または電磁石（図示せず）によって作り出される磁界が、そのギャップ６４を横切って印加される。交流としてクリーニング信号がコイル６３に入力されるにつれて、電磁誘導の結果として、コイルを磁界内で動かす。このように、振動板６１をクリーニングパルスと同じ周波数で振動させ、振動板６１によって空気圧力波を生じさせる。
【００３９】
金属フレーム６５によってその周縁に支持される円錐形の振動板とコイル６３とを協働させることが好ましく、コイル６３は、薄い柔軟なサポート６６によって環状ギャップの中心位置に保持される。
【００４０】
図５ｂに示した実施例では、基板５０の第１表面と第２表面間に圧力差を無くすために、現像スリーブから逸れた転写ベルトの表面に位置する第１横壁６２１と、基板５０の第１表面に平行に位置する第２横壁６２２間に、チャンバ６２が形成される。開孔５２の近傍の最も狭い部分に配置されるくさび形キャビティを形成するように、第１と第２横壁６２１，６２２が互いに対して適当な角度で延在する。第１横壁６２１は、転写ベルト１を保持する保持素子として使用できる。第２横壁６２２は、それらの間に小さなエアチャネルを許容するために、基板５０の第１表面から小距離を置いて延在する。
【００４１】
本発明の或る実施例（図示せず）では、全ての印刷ステーションに共通の１つのクリーニングユニットが、順次選択できる幾つかのチャネルに接続される。他の実施例では、各印刷ステーションに対応してクリーニングユニットが設けられる。
【００４２】
開孔の近傍から除去された後、残留トナー粒子は印刷ヘッド機構から離れるように搬送される。残留トナーの搬送は、過少圧力波（吸引力）が生じる場合、チャンバ６２側に向けて行われ、過剰圧力（ブロー力）が生じる場合、ノズル６０から離れるように行われる。ある実施例では、搬送される残留トナーを集めるために、ノズル６０内、あるいはチャンバ６２内にフィルタ（図示せず）が設けられる。トナー粒子がフィルタを通過できるようにするために、残留トナーに与える吸引力は充分高くしてある。
【００４３】
本発明のある実施例では、除去された残留トナー粒子を集めるためのフィルタがチャンバ６２に設けられる。別の実施例（図示せず）では、基板の第２表面の適切な領域に搬送される残留トナーを引き寄せるために、電位を生じさせる。その後、順次印加される電界によって、集められた残留トナーが転写ベルト上へ押しやられる。
【００４４】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、特許請求項の範囲内で変更できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の好適実施形態による画像形成装置を示す概略図である。
図２は、例えば図１に示したような、画像形成装置における印刷ステーションを概略的に示す断面図である。
図３は、粒子源と受像部材に対する印刷ヘッド機構の位置決めを示す、印刷ゾーンの概略断面図である。
図４ａは、画像形成装置において使用されるタイプの印刷ヘッド機構の部分図であって、トナー配送ユニットに面する印刷ヘッド機構の表面を示す。
図４ｂは、画像形成装置において使用されるタイプの印刷ヘッド機構の部分図であって、中間転写ベルトに面する印刷ヘッド機構の表面を示す。
図４ｃは、図４ａの印刷ヘッド機構において、断面線Ｉ−Ｉ及び図４ｂの対応する断面線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
図５ａは、本発明の第１の実施例によるクリーニングユニットを示す断面図である。
図５ｂは、本発明の代替実施例によるクリーニングユニットを示す断面図である。
図６、７、８、９は，本発明の代替実施例によるクリーニングユニットを示す断面図である。
図１０は、印刷ゾーンにおいて実施されるクリーニングサイクルにおいて、時間の関数として圧力変化を示す図表である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成13年6月11日(2001.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子キャリヤから背後電極部材への帯電トナー粒子の搬送を調節するために、画像情報を静電界パターンに変換する画像形成装置であって、
前記粒子キャリヤから前記背後電極部材に向けて帯電トナー粒子の搬送を可能にする背景電界を生じさせる背景電圧源と、
複数の開孔と前記開孔に結合して配置される制御電極とを含み、前記背景電界内に配置される印刷ヘッド機構と、
前記粒子キャリヤから前記開孔を通る帯電トナー粒子の搬送を選択的に許容または制限するために、画像情報に従って前記制御電極に対して制御電位を供給するための制御電圧源と、
搬送された前記帯電粒子を画像形状に対応するために印刷ヘッド機構に対して移動される受像部材と、
前記粒子キャリアから分離して配置され、画像形成後に前記開孔の近傍から残留トナー粒子を除去するためにパルス状の空気圧変化を発生させるクリーニングユニットを備えることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記クリーニングユニットは、少なくとも１つの開口部を有する中空部分と、前記中空部分内に配置される可動素子とを備え、
前記可動素子は、前記開孔の近傍から残留トナー粒子を除去するために、前記中空部分内に体積変化を生じさせて前記開口部を通して圧力波を発生させるよう動作可能であることを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記可動素子は、前記中空部分内に体積膨張を生じさせて前記開口部側に向けて伝搬する圧力波を発生させるよう動作可能であり、前記圧力波は前記開孔の近傍から残留トナー粒子を除去するために吸引力を付与することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記可動素子は、前記中空部分内に体積収縮を生じさせて前記開口部側から離れるように伝搬する圧力波を発生させるよう動作可能であり、前記圧力波は前記開孔近傍から残留トナー粒子を除去するためにブロー力を付与することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記開口部が、前記印刷ヘッド機構の近傍に配置されることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記開口部が、前記印刷ヘッド機構と前記受像部材との間に、前記受像部材の移動方向に対して略直交方向に配置されることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記開口部が、前記粒子キャリヤと前記受像部材との間に、前記受像部材の移動方向に対して略直交方向に配置されることを特徴とする請求項２〜５いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記印刷ヘッド機構が基板を備え、該基板が前記粒子キャリヤに面する第１表面と、前記受像部材に面する第２表面と、該基板を貫通する複数の開孔とを備え、前記開口部が、前記開孔近傍の前記第２表面に配置されることを特徴とする請求項２〜７いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記開孔が、基板の幅全体に亘って受像部材の移動方向に対して略直交方向に延在する、少なくとも１つの列として配置され、前記開口部が前記開孔の列に対して略平行に延在していることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記可動素子は、振動発生素子により動作される柔軟な隔壁、好ましくは膜であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記可動素子は、前記開口部から離間し、または前記開口部に向かう並進運動によって動作される硬質隔壁であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記可動素子は、キャビティを有する回転部材であることを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記中空部分の体積変化が、Ｘ〜Ｙマイクロセカンドの範囲の継続期間を有することを特徴とする請求項２記載の画像形成装置。
【請求項１３】
受像部材が少なくとも１つのプリントユニットに対して移動され、前記プリントユニットが絶縁材料の基板を有し、該基板が粒子キャリヤに面する第１表面と、受像部材に面する第２表面と、画像形成中に前記粒子キャリヤから前記受像部材へと選択的に搬送される帯電トナー粒子が通過する複数の開孔を備えた画像形成装置において、
前記粒子キャリアから分離して配置されると共に、前記基板の第２表面に結合して配置される少なくとも１つの開口部と、画像形成後に前記基板から残留トナー粒子を除去するパルス状の空気圧変化を生じさせるための圧力変更手段とを備えるクリーニングユニットを有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１４】
複数のプリントユニットと、前記複数のプリントユニットに共通の前記クリーニングユニットとを有し、
前記クリーニングユニットが、複数の開口部を有し、各開口部が対応するプリントユニットの前記基板の前記第２表面に結合して配置されていることを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１５】
複数の前記クリーニングユニットを有し、前記各プリントユニットが対応する前記各クリーニングユニットと協働することを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記基板の第２表面と前記受像部材間にエアギャップを形成し、
前記クリーニングユニットが、前記エアギャップ内の空気圧を大気圧から所定のクリーニング圧へ変更するために、前記開口部に接続される圧力変更手段を備えることを特徴とする請求項１３記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記クリーニング圧が、前記大気圧より低いことにより前記開口部側へ伝搬する圧力波を生じさせることを特徴とする請求項１６記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記大気圧と前記クリーニング圧との空気圧力差が、２０ｍｓより短い、好ましくは１０ｍｓより短いパルス期間に発生されることを特徴とする請求項１６記載の画像形成装置。
【請求項１９】
前記印刷ヘッド機構が、トナー粒子の軌跡を制御するための偏向電極を含むことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【国際調査報告】
2004506533.tif 000042
2004506533.tif 000043
2004506533.tif 000044