(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体表面における縦方向及び横方向に多数のスイッチング素子を配列してスイッチング素子アレイを構成し、
画像信号に応じて発生する前記スイッチング素子の電圧に基づいて前記像担持体表面に潜像を形成し、
形成された前記潜像を現像剤で現像して前記像担持体表面にトナー像を形成する画像形成装置において、
前記像担持体表面の前記トナー像の濃度を検出する濃度検出手段を有し、その検出結果に基づいて前記スイッチング素子に印加する電圧を設定する、ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子の少なくとも１つ以上の電極が有機半導体で構成されている、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】
前記像担持体がドラム状に形成されていて、前記スイッチング素子が前記像担持体表面における母線方向及び周方向に多数配列されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子１個が潜像の画素の１ドットに相当する、ことを特徴とする請求項１又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体の周長が、前記ドットの整数倍である、ことを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項６】
画像情報に対応した信号を前記スイッチング素子に入力する光通信手段を有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記光通信手段は、前記像担持体表面のうちの画像が形成されない領域である非画像領域に配設された受光部と、前記受光部に光を照射する発光部とを有する、ことを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
画像情報に対応した信号を前記スイッチング素子に入力する電波通信手段を有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記現像剤を表面に担持して前記像担持体に対面する現像位置に搬送する現像剤担持体を有する、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記現像剤がトナーを主とする１成分現像剤である、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記現像剤がトナーとキャリヤとを主とする２成分現像剤である、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項１２】
前記現像剤は、絶縁性液体内にトナーを分散させて構成した現像剤である、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載の画像形成装置。
【請求項１３】
前記像担持体と、前記像担持体上の潜像をトナーによって現像する現像装置とを有する画像形成部を複数備え、
前記複数の現像装置は、それぞれ異なる色のトナーによって前記潜像を現像する、ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プリンタ、複写機、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、記録材（例えば、紙や透明フィルム）上に画像を記録する方式として電子写真方式、磁気記録方式、インクジェット方式などが広く知られている。
【０００３】
このうち電子写真方式は、導電性のドラムやベルトの表面に光半導体を塗布又は蒸着して構成した感光体（感光ドラム、感光ベルト）の表面を均一に帯電した後、画像情報に応じた光を照射して電荷潜像（静電潜像）を形成し、電荷からの電気力線に従ってトナー（着色粒子）を付着させてトナー像（可視画像）を形成し、そのトナー像を記録材に転写した後、記録材を加熱、加圧して表面にトナー像を定着して画像を形成するものである。
【０００４】
次に、磁気記録方式は、光半導体の代わりに磁気を保持する材料を設け、画像情報に従って磁気保持材料に磁気を帯びさせ、磁気を帯びた個所に磁性着色粒子を引き付けることで画像形成を行うものである。
【０００５】
最後に、インクジェット記録方式は、記録材に、インクの微粒子を直接的に吹き付けて画像を形成するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の電子写真方式、磁気記録方式、インクジェット方式は、一般に、それぞれ以下のような問題がある。
【０００７】
電子写真方式は、帯電、露光、現像、転写、定着、クリーニングの一連の画像形成プロセスを経て画像形成を行うため、画像形成プロセスが複雑で、その分、プロセス機器が多く、画像形成装置全体が大型化しがちとなる。
【０００８】
また、磁気記録方式は、上述の電子写真方式のものと比べて、画像形成プロセスを簡素化することが可能であるが、着色粒子として、磁性を有する物質を使用する必要があり、磁性物質が黒っぽいため、ブラック以外の色（イエロー、マゼンタ、シアン）のカラー画像を鮮明に形成することが難しい。
【０００９】
また、インクジェット記録方式は、装置の小型化が可能であり、安価である等の利点があるが、画像形成に要する時間が長く、多量の印刷物が必要な事務所や企業には不向きである。
【００１０】
本発明は、上述事情に鑑みてなされたものであり、画像形成装置全体の小型化が可能で、また、カラー画像を鮮明に形成することができ、さらに画像形成に要する時間を短縮することのできる画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１に係る本発明は、像担持体表面における縦方向及び横方向に多数のスイッチング素子を配列してスイッチング素子アレイを構成し、画像信号に応じて発生する前記スイッチング素子の電圧に基づいて前記像担持体表面に潜像を形成し、形成された前記潜像を現像剤で現像して前記像担持体表面にトナー像を形成する画像形成装置において、前記像担持体表面の前記トナー像の濃度を検出する濃度検出手段を有し、その検出結果に基づいて前記スイッチング素子に印加する電圧を設定する、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記スイッチング素子の少なくとも１つ以上の電極が有機半導体で構成されている、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る本発明は、請求項１又は２に記載の画像形成装置において、前記像担持体がドラム状に形成されていて、前記スイッチング素子が前記像担持体表面における母線方向及び周方向に多数配列されている、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る本発明は、請求項１又は３に記載の画像形成装置において、素子１個が潜像の画素の１ドットに相当する、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項５に係る本発明は、請求項４に記載の画像形成装置において、前記像担持体の周長が、前記ドットの整数倍である、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に係る本発明は、請求項１ないし５のいずれか記載の画像形成装置において、画像情報に対応した信号を前記スイッチング素子に入力する光通信手段を有する、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項７に係る本発明は、請求項６に記載の画像形成装置において、前記光通信手段は、前記像担持体表面のうちの画像が形成されない領域である非画像領域に配設された受光部と、前記受光部に光を照射する発光部とを有する、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項８に係る本発明は、請求項１ないし５のいずれか記載の画像形成装置において、画像情報に対応した信号を前記スイッチング素子に入力する電波通信手段を有する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項９に係る本発明は、請求項１ないし８のいずれかに記載の画像形成装置において、前記現像剤を表面に担持して前記像担持体に対面する現像位置に搬送する現像剤担持体を有する、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項１０に係る本発明は、請求項１ないし９のいずれか記載の画像形成装置において、前記現像剤がトナーを主とする１成分現像剤である、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項１１に係る本発明は、請求項１ないし９のいずれか記載の画像形成装置において、前記現像剤がトナーとキャリヤとを主とする２成分現像剤である、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項１２に係る本発明は、請求項１ないし９のいずれか記載の画像形成装置において、前記現像剤は、絶縁性液体内にトナーを分散させて構成した現像剤である、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項１３に係る本発明は、請求項１ないし１２のいずれか記載の画像形成装置において、前記像担持体と、前記像担持体上の潜像をトナーによって現像する現像装置とを有する画像形成部を複数備え、前記複数の現像装置は、それぞれ異なる色のトナーによって前記潜像を現像する、ことを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の各図面中において、同一の符号を付した部材等は、同じ構成・作用のものであり、これらについては、適宜、重複説明を省略するものとする。
【００３２】
〈実施の形態１〉
図１に、本発明に係る画像形成装置の一例を示す。同図は、画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。なお、以下では、各部材について具体的な数値をあげて説明しているが、本発明は、これらの数値に限定されるものではない。
【００３３】
同図に示す画像形成装置は、表面に潜像（電気潜像）が形成されるドラム（像担持体）１と、ドラム１表面に設けられて電気潜像を形成するスイッチング素子２と、電荷を有するトナー（着色荷電粒子）を収納し上述の電気潜像にトナーを付着させてトナー像として現像する現像器（現像手段）３と、ドラム１表面からトナーを掻き落とすブレード（除去手段）４と、記録材（例えば、紙や透明フィルム）Ｐが収納された給紙カセット（記録材収納手段）５と、給紙カセット５から記録材Ｐを給紙する給紙ローラ（供給手段）６と、ドラム表面のトナー像を記録材Ｐに転写する転写ローラ（転写手段）７と、記録材Ｐにトナー像を定着させる定着器（定着手段）８と、を備えている。
【００３４】
上述のドラム１は、直径２０ｍｍの円筒状のアルミニウム製の部材であり、表面（外周面）には、Ｘ−Ｙアレイの分割された多数の画素（母線方向及び周方向に多数配列されたスイッチング素子２）で形成されている。信号発生装置２２で、画像模様に対応した電気信号を発生させ、この電気信号によってレーザダイオード（発光部）２３を駆動する。こうして発生したレーザ信号光２４を画像信号（画像情報）としてスイッチング素子２に入力されたときに、各画素の上面には画像模様の電気信号のレベルに応じて電圧が発生するようになっている。なお、画素、スイッチング素子２については後に詳述する。
【００３５】
ドラム１が矢印Ｒ１方向に周速（プロセススピード）５０ｍｍ／ｓｅｃで回転され、Ａ部に画像模様の電気信号が入力されると、上述の各画素には、画像模様に従った電気潜像が発生する。この電気潜像に従って、現像器３の現像剤容器（着色荷電粒子容器）３ａ内に収容されているトナーＴがドラム１表面に付着されてトナー像が形成される。なお、本実施の形態においては、非磁性の１成分現像剤を使用した。したがって現像剤とトナーＴとは同じものである。トナーとしては、キヤノン販売から発売されているＬＢＰ２０４０用の黒（ブラック）のトナーを使用した。現像剤容器３ａ内のトナーＴは、ドラム１表面のうちのトナー像形成に寄与しない部分にも付着されるが、このトナーＴは、ブレード４によってドラム１表面から現像剤容器３内に掻き落とされて再使用される。ブレード４は、例えば、弾性ゴム、薄層金属などを板状に形成したものである。
【００３６】
給紙カセット５内に収納されている記録材Ｐは、ドラム１表面に形成されたトナー像にタイミングを合わせるように、給紙ローラ６によって１枚ずつ供給される。この記録材Ｐは、ドラム１と転写ローラ７との間に形成される転写ニップ部Ｎに供給され、転写ニップ部Ｎによって挟持搬送される。このときドラム１表面のトナー像は、転写ローラ７によって記録材Ｐ表面に転写される。なお、必要に応じて、転写ローラ７とドラム１との間に転写ニップ部Ｎに、トナーＴが記録材Ｐに引き付けられる向きの電界を形成するようにしてもよい。
【００３７】
記録材Ｐ表面に転写されたトナー像は、定着器８によって加熱、加圧されて記録材Ｐ表面に溶融固着（定着）される。これにより画像形成が終了する。
【００３８】
図２は、図１に示す画像形成装置のドラム１表面に形成されたスイッチング素子２の１画素の縦断面図である。また、図３（ａ）〜（ｇ）は、図２に示す画素の製造工程を示す図である。なお、スイッチング素子２は、半導体集積回路を製造する際に用いる装置を使用して製造することができる。
【００３９】
図３（ａ）は、アルミニウム製のドラム１の表面１ａに、厚さ１０００Å程度のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）１１を蒸着し、エキシマレーザ（波長ｈｖ＝３０８ｎｍでエネルギー１３００ｍＪ／ｃｍ２を約３５ｍｓｅｃ照射し、ポリシリコン化処理を行ってポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）基板１２を形成する。その後、ポリシリコン基板１２を画素ごとに独立させ、かつ図３（ｂ）に示すように、表面層として酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）１３を形成する。つづいて、図３（ｃ）に示すように、フォトリソエッチングにより、ゲート電極となるポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）１４を形成する。このポリシリコン１４に代えて、タングステン−シリコンやチタン−シリコン、アルミニウム等を使用してもよい。
【００４０】
図３（ｄ）は、セルフアラインによってＰ３１＋のイオンを注入した状態を示す。つづいて、図３（ｅ）に示すように、デポジッション技術によって酸化シリコン膜１５形成し、さらに、図３（ｆ）に示すように、フォトリソエッチングにより、開口部１５ａ、１５ｂ、１５ｃを設ける。そして、図３（ｇ）に示すように、アルミニウムをデポジッションし、ソース１６、ゲート１７、ドレイン１８を形成する。
【００４１】
その後、図２に示すように、酸化シリコン等の絶縁層１９で表面を被覆するとよい。この際、表面の凹凸を平滑化するため、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ−Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理などで、平滑化することが望ましい。また、後述するが、必要に応じてある程度の導電性を有する鉄（Ｆｅ）又はタングステン（Ｗ）等で形成された金属電極（潜像を形成するための画像形成電極）２０をドレイン１８に接続するようにデポジッションしてもよい。
【００４２】
図４は、ＸＹマトリックス配線交点にスイッチング素子２と電気的に接続された金属電極（画素電極）２０を示し、さらに金属電極２０がヒータを兼ね、ジュール熱を発生する発熱体（回路）２１が付加されている。
【００４３】
図５は、図４に示すものと、図２に示すものとによってドラム１表面に形成された１画素を表している。
【００４４】
図６は、図５に示す１画素をＸＹマトリックスに表し、かつ信号発生装置２２で発生させた画像模様の電気信号によってレーザダイオード２３を駆動し、これによって発生したレーザ信号光２４を画像信号として、ドラム１上に形成されたフォトダイオード（受光部）２５に照射するようすを示す。
【００４５】
上述のレーザダイオード２３とフォトダイオード２５とによって光通信手段を構成している。なお、光通信手段に代えて、前記ドラム１と本体間、又はハンディターミナルなどＬＡＮ、ＳＳ通信やスペレッドスペクトラム通信方式等の電波通信手段を用いてもよい。この利点は場所の自由度があり画像送信側を本体に持たない場合でも画像通信が可能となり、携帯電話のような通信手段から直接画像書き込みも可能となる。
【００４６】
また、フォトダイオード２５と交わる交点線にはシフトレジスタ２６で駆動される画像模様の電気信号のサンプリング回路２７が接続され、前述の作用により画素ごとに画像形成用のスイッチング素子２を動作させる。上述のフォトダイオード２５は、ドラム１表面における画像が形成されない領域、つまり非画像領域（非画像形成領域）に設けられている。
【００４７】
上述の画素の形成方法及び動作方法は、例えば米国特許公報ＵＳＰ３９９７９７３及びＵＳＰ４４４１７９１等に詳述されている。
【００４８】
なお、画像信号は、画像形成装置本体側に配したレーザダイオード２３やＬＥＤ（不図示）からの信号光をドラム１の一部に配したフォトダイオード（光信号検知素子）で受け、その信号光のレベルに応じてスイッチング素子２を駆動するか、または、画像形成装置本体側に信号を送信する電波発信器を設け、かつドラム１に受信器を設け、一旦、受信器に得られた画像情報を各スイッチング素子２に入力させるようにしてもよい。
【００４９】
また、上述の光信号検知素子や受信器はスイッチング素子２をドラム１に形成する際、あらかじめパターンを形成するようにするとよい。
【００５０】
本実施の形態によると、ドラム１上に直接的に電気潜像を形成することができるので、従来、電子写真方式の画像形成装置で必要であった一次帯電器や露光器が不要となり、画像形成装置全体の構成を簡略化することができる。また、従来の磁気記録方式では、使用する着色粒子が磁性を有することが必要であったのと異なり、非磁性の着色粒子を使用することができるので、ブラック以外の色（例えば、イエロー、マゼンタ、シアン）のカラー画像を鮮明に形成することができる。さらに、従来のインクジェット方式の画像形成装置と異なり、画像形成の高速化が容易である。
【００５１】
〈実施の形態２〉
図７に、実施の形態２を示す。同図に示す画像形成装置は、図１に示す実施の形態１の画像形成装置とは、現像器３１の構成が異なる。他の構成については同様である。
【００５２】
現像器３１の現像剤容器３１ａ内には、直径１５ｍｍの円筒状のアルミニウム製の現像スリーブ（現像剤担持体）３２が配設されている。現像スリーブ３２は、ドラム１に対向させて配置し、現像スリーブ３２表面の移動方向（矢印Ｒ３方向）とドラム１表面の移動方向（矢印Ｒ１方向）とが同動方向となるように、また、そのときの相対速度がほぼ０となるように回転させる。この現像スリーブ３２の表面には、図１におけるブレード４と同様のブレード３３を当接させる。これにより、現像スリーブ３２表面にトナーＴが均一に塗布され、また現像スリーブ３２表面に塗布されたトナーＴは、ブレード３３と現像スリーブ３２との間で摩擦帯電される。現像器３１以外の構成は、図１に示す画像形成装置と同様である。
【００５３】
本実施の形態におけるドラム１は、図１で説明したのと同様に、画像模様の電気信号が各画素に保持されているために、各画素と対向した現像スリーブ３２表面のトナーＴは各画素の電気量に応じて引き付けられ付着される。
【００５４】
ドラム１上に付着したトナーＴは、給紙カセット（図１参照）から給紙ローラ（図１参照）によって給紙されて転写ニップ部Ｎに搬送されてきた記録材Ｐに、転写ローラ７によって転写される。こうして記録材Ｐ上に転写されたトナー像は、定着器８によって加熱、加圧されて記録材Ｐ表面に定着される。
【００５５】
なお、ドラム１と転写ローラ７との間には、必要に応じて、転写バイアスとして、直流電界、交流電界、又は直流電界に交流電界を重畳した電界を形成するようにしてもよい。
【００５６】
〈実施の形態３〉
図８に、本実施の形態３に係る画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、４個の画像形成部（画像形成ステーション）を備えた、４色フルカラーの画像形成装置である。すなわち、図１に示す実施の形態１の画像形成装置におけるドラム１、現像器３、転写ローラ７と同様のもの４組を、記録材Ｐの搬送方向に沿って上流側から順に並べ、この順にマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナー像を形成するようにしている。
【００５７】
各色の画像形成部は、相互に平行に配置されたドラム１ｍ、１ｃ、１ｙ、１ｋと、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックのトナーＴｍ、Ｔｃ、Ｔｙ、Ｔｋを収納して各ドラム１ｍ、１ｃ、１ｙ、１ｋに対向するように配置された現像器３ｍ、３ｃ、３ｙ、３ｋと、ドラム１ｍ、１ｃ、１ｙ、１ｋ表面に付着した不要なトナーを掻き落とすブレード４ｍ、４ｃ、４ｙ、４ｋと、ドラム１ｍ、１ｃ、１ｙ、１ｋ上のトナーを記録材Ｐ上に転写する転写ローラ７ｍ、７ｃ、７ｙ、７ｋとを備えている。さらにローラ３４、３５に掛け渡された転写ベルト３６が各画像形成部を貫通するように配設されている。転写ベルト３６は、表面に記録材Ｐを担持した状態で、この記録材Ｐを順次にマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの画像形成部の転写ニップ部Ｎに搬送していく。
【００５８】
上述のドラム１ｍ、１ｃ、１ｙ、１ｋには、それぞれ実施の形態１と同様のスイッチング素子２が設けられていて、各スイッチング素子２には、マゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの画像模様に分割された電気信号が入力される。これにより、各ドラム１ｍ、１ｃ、１ｙ、１ｋの表面には、それぞれの色に対応した電気潜像が形成される。そして、これら電気潜像は、現像器３ｍ、３ｃ、３ｙ、３ｋの現像剤容器３ａに収納されているマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーＴｍ、Ｔｃ、Ｔｙ、Ｔｋによってそれぞれの色のトナー像として現像される。これらトナー像は、給紙カセット（図１参照）から給紙ローラ（図１参照）等によって供給されて転写ベルト３６表面に担持された記録材Ｐ上に、転写ローラ７ｍ、７ｃ、７ｙ、７ｋによって順次に転写されて重ね合わされる。４色のトナー像が転写された記録材Ｐは、転写ベルト３６から分離された後、定着器（図１参照）によって加熱、加圧されて表面に４色のトナー像が定着される。これにより、４色フルカラーの画像が形成される。
【００５９】
上述のマゼンタ、シアン、イエロー、ブラックの各色のトナーは、キヤノン販売が発売している、商品名ＬＢＰ２０４０用のものを使用した。
【００６０】
なお、本実施の形態における上述の説明では、図１に示す実施の形態１の画像形成部を４個使用した例を説明したが、これに代えて、図７に示す実施の形態２の画像形成部を４個使用するようにしてもよい。
【００６１】
また、上述の説明では、転写ベルト３６表面に記録材Ｐを担持して搬送していたが、ベルト状の転写ベルト３６に代えてドラム状の転写ドラム（不図示）を使用してもよい。さらには、ドラム１上に形成したトナー像を一旦、中間転写ベルトや中間転写ドラム等の中間転写体（不図示）に一次転写し、その後、この中間転写体から記録材Ｐに一括で二次転写するようにしてもよい。
【００６２】
〈実施の形態４〉
実施の形態４は、現像器の現像剤容器に収納する現像剤を、２成分現像剤としたことを特徴とする。
【００６３】
上述の実施の形態１〜３では、ドラム１の電気潜像に付着する現像剤を非磁性の１成分の現像剤としたが、本実施の形態では、キャリヤとトナーとを主とする２成分現像剤を使用している。キャリヤは例えば鉄粉によって形成されている。このような２成分現像剤においては、キャリヤとトナーとの混合量、すなわち現像剤全体に対するトナーの割合を一定に保持することが好ましい。この割合が変化すると、トナー像の濃度が変化してしまうからである。
【００６４】
このような２成分現像剤を使用した場合においても、１成分現像剤を使用した場合と同様の効果をあげることができる。
【００６５】
本発明において使用する現像方法としては、従来公知のカスケード現像、タッチダウン現像、噴霧現像、１成分接触現像等を採用することができる。すなわち本発明における現像としては、ドラム上の電気潜像にトナーを付着させる位置（現像位置）Ｄｅ（図７参照）に現像剤を搬送することができるものであれば、任意の現像方法（装置）を使用することができる。
【００６６】
上述の実施の形態１〜４では、トナーの供給については説明してないが、トナー補給装置を設け、必要に応じて現像剤容器内のトナー量を検知し、常に一定量のトナーが現像剤容器内に収納されているようにするとよい。現像剤容器内のトナー量によってもトナー像の濃度が変化してしまうからである。
【００６７】
〈実施の形態５〉
本発明で使用する現像剤は、粉末のものに限らず、液体のものも使用することができる。例えば、灯油などを精製した絶縁性液体（例えば、エッソ株式会社  商品名アイソパー）に前述のトナーＴを分散させ、この分散液を、電気潜像が形成されているドラム１表面に接触させることで画像形成を行ってもよい。
【００６８】
〈実施の形態６〉
実施の形態６は、図４、図５で説明したスイッチング素子２と発熱体２１とを一体に形成し、画像形成（現像）ではスイッチング素子２を動作させ、転写では発熱体２１を動作させることで画像形成と転写加熱との双方をドラム１によって行うことができる。また、記録時の電気信号と同じ信号を転写工程時に発熱体２１に与えることで、記録材Ｐを余り加熱しなくとも、トナーＴのみを加熱することができるため、エネルギーの浪費を防止することができる。もちろん転写ニップ部Ｎにおいて、上述の発熱体２１がすべて動作するようにしてもよい。
【００６９】
また、記録材Ｐを定着器８において、加熱、加圧する場合には、記録材Ｐにカールやシワが発生しやすいが、本実施の形態では、記録材ＰのうちのトナーＴがある部位のみを加熱するため、カールやシワが発生しにくい。
【００７０】
〈実施の形態７〉
上述の実施の形態６では、スイッチング素子２と発熱体２１とを別々の動作で行うように説明したが、スイッチング素子２の出力によって、発熱体２１の動作を制御するようにしてもよい。
【００７１】
〈実施の形態８〉
図９を参照して、実施の形態８を説明する。図９は、図１で説明した画像形成装置の一部断面図である。発光素子４１と受光素子４３とを有する濃度検出手段の発光素子４１から出射した光４２は、スイッチング素子２に付着されたドラム１上のトナーＴによって反射される。このときの反射光の量は、付着されているトナーＴの量に応じて変化する。反射光４２は、受光素子４３に受光され、受光素子４３の検出信号は、増幅回路４４に入力され、増幅回路４４の信号によってスイッチング素子２の電源４５の電圧が、トナー濃度に応じた所望の値に調整（設定）される。
【００７２】
なお、上述ではドラム１上のトナー濃度を測定したが、記録材Ｐ上のトナーＴを測定しても同様な効果が得られる。
【００７３】
また、本実施の形態ではスイッチング素子２の電圧を調整することで説明したが、図７、図８で説明した画像形成装置では現像スリーブ３２に印加する電圧を調整（設定）しても同様な効果をあげることができる。
【００７４】
また、ドラム１上のスイッチング素子２としての画素の数はドラム１の周長をＭとし、また画素密度をＤ（後述）としたときに、Ｍ／Ｄが整数となるように、Ｍ及びＤの値を設定することが好ましい。
【００７５】
また、図３（ａ）〜（ｇ）にスイッチング素子の形成方法を示したが、この外、例えば、文献９１６・ＳＩＤ  ００  ＤＩＪＥＳＴセイコーエプソン社「Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＴＦＴｓ  ｏｎ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｒｅｅ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｂｙ  Ｌａｓｅｒ  Ａｂｌａｔｉｏｎ／Ａｎｎｅａｌｉｎｇ」で推奨している、プラスチック基板に、図３で説明したスイッチング素子２を形成し、このプラスチック基板をドラム１に巻き付けるようにしても同様な効果を得られることが確認できた。
【００７６】
また、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、あらかじめドラム１の表面１ａに、スイッチング素子２を埋め込むことのできる溝１ｂを設ける。一方、図３で説明したスイッチング素子２を、それぞれ独立にそれぞれの辺が２０〜４０μｍとなるチップに作成し、これらチップを溝１ｂに嵌め込み、各スイッチング素子２を結線するようにしてもよい。
【００７７】
また必要に応じてカーボンナノチューブを、スイッチング素子電極に成長させるようにしてもよい。
【００７８】
また、必要に応じて電極群を、厚さ１μｍから５０μｍの薄いフッ素樹脂やＳｉＣ（炭化ケイ素）で形成した保護層によって保護するようにしてもよい。
【００７９】
以上は、シリコン（Ｓｉ）基板で説明したが、有機半導体、酸化亜鉛、セレン等の他の半導体材料でもドラム１上面に独立したスイッチング素子を形成し同様な効果が得られる。
【００８０】
〈実施の形態９〉
本実施の形態では、画像形成に寄与しない不要なトナーがドラムに付着して発生する画像汚れを防止するものである。なお、画像汚れが発生する理由として、スイッチング素子アレイに供給される電源ラインからの電界がリークして、トナー容器からトナーを引き付けることがあげられる。
【００８１】
図１１は、本実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す縦断面図であり、また、図１２は、ドラム１の一部の断面を示す概略断面図である。なお、図１２は、ドラム１表面に形成されたスイッチング素子アレイの構成の説明を簡略化するため、複数個の画素のスイッチング素子２の断面を示している。スイッチング素子２のドレイン１８には導電性の金属電極２０が形成（接続）されている。本実施の形態は、この金属電極２０を他の電極（ソース１６やゲート１７）よりも、現像位置Ｄｅに近い位置に配置したことを特徴としている。
【００８２】
図１２、図６に示すように、ソース１６に５０Ｖの電圧が印加され、かつ信号発生装置２２から画像模様の電気信号が光通信手段のレーザダイオード２３に入力されると、レーザダイオード２３は電気信号に従って発光する。この発光された光は、ドラム１表面における軸方向の端部（非画像領域）に設けてあるフォトダイオード２５に受光される。また画像模様の電気信号とシフトレジスタ２６からの信号から、ドラム１上のスイッチング素子アレイのＸ−Ｙ交点Ｃにて電気信号に変換される。この変換された電気信号は、上述のスイッチング素子２のゲート１７に与えられ、ドレイン１８には電気信号レベルに従って電圧が発生する。そして、金属電極２０にも同一電圧が発生する。この電圧により、現像スリーブ３２（図１１参照）上に薄層コートされているトナーＴが引き付けられ、これによりドラム１上にトナー像（可視画像）が形成される。
【００８３】
図１３は、図１１の画像形成装置で画像形成を行った場合の、非画像領域にトナーが付着する条件について実験で得られた結果を示す。同図で、横軸には１画素当たりの画素の断面積（ほぼドラム表面に沿った方向の断面積）をＳ１（図１２参照）、画素密度をＤ、金属電極２０の断面積（電極投影断面積：ほぼドラム表面に沿った方向の断面積））をＳ２（図２参照）とについて、Ｓ１×Ｄ÷Ｓ２の値をとり、また、縦軸にはスイッチング素子２の平面最上部からの金属電極２０の（突出）長さＬの値をとっている。すなわち、同図は、Ｓ１×Ｄ÷Ｓ２と、Ｌとの関係を示している。
【００８４】
本出願人は、上述の金属電極２０が長いほど非画像領域へのトナー付着が少ないことを見出した。上述関係は、ＬがＳ１×Ｄ÷Ｓ２以上の長さを有すれば不要なトナーがドラム１に実用上付着しないレベルになることが判明した。理由としては、前述の金属電極２０がスイッチング素子２の電源ライン、ソース１６、ゲート１７等からの不要な電界を遮蔽し、これにより現像電極（現像スリーブ３２）上のトナーが電源ライン、ソース１６、ゲート１７等に引き付けられないからであると考えられる。上述のＳ１×Ｄ÷Ｓ２とＬとの関係は、画素密度を３００ｄｐｉから２４００ｄｐｉと変化させてもほぼ一定であり、ドラム１上のかぶりは大きく変化はしていなかった。また６００×１２００ｄｐｉや他の変形例が考えられるが、これに応じて金属電極２０の断面積も変化するため上述の関係式でもよいことが分かった。これは非画像領域へのトナー付着を目視判定したためと思われるが実用上問題はない。また、金属電極２０とスイッチング素子２との位置関係は余り影響がない。
【００８５】
図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、金属電極２０のそれぞれ別の実施例を、ドラム１上面から見た図である。このように金属電極２０の形状は、正方形、長方形、楕円形、丸形など、種々の変形が考えられるが、この場合は金属電極２０の断面積Ｓとしては、最大断面積を有する点を採用して、上述の関係式に当てはめればよい。また、図１２の方向から見たときの金属電極２０の形状は、ドレイン１８に近い側を狭く、ドラム１表面に近い（同図の上方）ほど断面積が大きくなるようにしてもよく、また、金属電極２０の中央部が膨らんだような形状としてもよい。
【００８６】
図１１、図６を参照しながら、さらに具体的に説明する。
【００８７】
図１１にてドラム１は、円筒状のアルミニウム上に、図２、図３で説明したスイッチング素子２を１インチ当たり６００ドット（６００ｄｐｉ）のＸ−Ｙアレイに形成したものである。６００ｄｐｉの１画素は、約４３μｍであり、１ドット当たりの画素の面積Ｓ１は約４３μｍ×４３μｍ、金属電極２０の断面積Ｓ２は２０μｍ×２０μｍで、かつ金属電極２０の高さ（突出長さ）Ｌは、１０μｍで形成した。
【００８８】
ドラム１は、矢印方向に５０ｍｍ／ｓｅｃの速度で、駆動源（不図示）によって移動され、信号発生器２２からの画像信号は、レーザダイオード２３に供給され、レーザダイオード２３は画像模様に発光され、ドラム１上のフォトダイオード２５に供給される。受光された画像模様は電気信号に変換され、これによりドラム１上のＸ−Ｙアレイのスイッチング素子２群の金属電極２０には画像模様に従った電気潜像が得られる。
【００８９】
図１１に示すように、ドラム１は、現像剤容器３１ａに収納された金属製の直径１５ｍｍの現像スリーブ３２表面から１５０μｍの距離に対向するように配置されている。また、現像スリーブ３２は矢印Ｒ３方向に回転駆動され、現像スリーブ３２は、現像剤容器３１ａ内のトナーＴを搬送するとともに、弾性を有するゴム製のブレード３３にて薄層にトナーＴが塗布される。トナーＴは、キヤノン販売から発売されているＬＢＰ２０４０用のブラックのトナーを使用した。また現像スリーブ３２の表面の周速は、ドラム１表面との間の相対速度がほぼ０になるように設定した。
【００９０】
現像器３１の現像剤容器３１ａ内のトナーＴは、ドラム１上の電気潜像に従って、現像位置Ｄｅにおいてドラム１に引き付けられ、トナー像が形成される。こうして形成されたトナー像は、ドラム１の矢印Ｒ１方向に回転に伴って、転写ニップ部Ｎに移動する。
【００９１】
一方、記録材Ｐは、上述のドラム１上のトナー像に同期するように給紙カセット５から送り出され、記録材ガイド２８に案内されて転写ニップ部Ｎまで搬送される。記録材Ｐは、転写ローラ７にてドラム１に押し付けられ、表面にトナー像が転写される。このとき転写ローラ７に対して、ドラム１上のトナー像を記録材Ｐ側に移動させるような電圧（転写バイアス）を印加するとよい。本実施の形態では、具体的には転写ローラ７に＋５００Ｖの転写バイアスを印加した。
【００９２】
トナー像転写後の記録材Ｐは、定着器８に搬送され、ここで定着ローラと加圧ローラとの間の定着ニップ部にて挟持搬送されつつ、加熱・加圧されて表面にトナー像が定着される。
【００９３】
上述のようにして形成された画像は、トナーかぶりのない鮮明な画像となる。
【００９４】
なお、本実施の形態では、ドラム１上のスイッチング素子２及び金属電極２０がドラム１表面に露出された状態のままで説明したが、実際には、図１２の二点鎖線で示すように、ドラム１表面にＳｉＯ２やフッ素樹脂などの絶縁層１９を設けて、スイッチング素子２や金属電極２０を覆うようにするのが望ましい。
【００９５】
また、１２００×６００ｄｐｉや２４００×６００ｄｐｉ等の、正方形でないドットを形成する場合でも、通常、金属電極２０は金属電極間を電気的に非接触かクロストークが発生しないように各金属電極２０を離間する構成に作製するため、金属電極２０の断面形状を上述の画素の相似形状に合わせる場合には、上述金属電極２０の長さＬを計算する際に、Ｓ１を算出するのに１画素の短辺の数値を使用すればよい。例えば、短辺をａとしたときには、Ｓ１＝ａ×ａとすればよい。
【００９６】
また、上述の説明では、ドレイン１８に金属電極２０を作製することで説明したが、例えばトランジスタ型、その他のスイッチング素子を使用する場合には入力信号に対して出力を制御するような素子であれば、その素子の出力側に金属電極を形成するようにすればよい。
【００９７】
また、上述の画素の上面形状は、正方形や長方形で説明したが、金属電極２０の断面形状は、画素に相似であっても、また相似位階の例えば楕円形や丸形であってもよい。
【００９８】
また、上述の金属電極２０は、ドレイン１８上にＡｕ（金）を設け、Ａｕ−Ｓｉ（シリコン）の融液でＳｉを成長させ、Ｓｉ単結晶をＳｉＣｌ４−Ｈ２蒸気でＮｉ（ニッケル）、Ａｕ、Ｐｄ（パラジウム）を層構成にメッキする方法によって作製することができる。また、金属電極２０はカーボンナノチューブを電極としてもよい。
【００９９】
〈実施の形態１０〉
図１５（ａ）、（ｂ）に、実施の形態１０を示す。
【０１００】
本実施の形態は、スイッチング素子２のドレイン１８に配置（接続）された金属電極２０から発生する電界以外の不要な電界が現像スリーブ３２に電気力線を形成しないように導電性のシールド２９を設けている。
【０１０１】
図１５（ａ）はスイッチング素子２の縦断面図を示し、また（ｂ）は図１５（ａ）のＸ線矢視図である。これらの図から分かるようにシールド２９は、金属電極のある部分を除いて、ドラム１表面のほぼ全体を覆っている。なお、同図には図示されていないが、スイッチング素子２、金属電極２０、シールド１６を固定するために、これらの間（Ｂで示す部分）にＳｉＯ２、ポリイミド樹脂、テフロン（登録商標）樹脂等を充填するとよい。
【０１０２】
このような導電性のシールド２９を設けることで、上述の実施の形態９と同様の効果をあげることができる。すなわち、現像スリーブ３２上のトナーは、画像形成に不要な部分には付着されないようにすることができる。なお、上述の金属電極２０及びシールド２９の全体を前述のように絶縁材料で覆うようにしてもよい。この場合でも、必要に応じて、金属電極２０は露出させるようにしてもよい。
【０１０３】
以上は、シリコン（Ｓｉ）基板について説明したが、有機半導体、酸化亜鉛、セレン等の他の半導体材料でも同様な効果が得られる。
【０１０４】
上述の実施の形態１〜１０では、スイッチング素子２をシリコン（Ｓｉ）基板上に形成する例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、シリコン以外に、有機半導体、酸化亜鉛、セレン等の他の半導体材料を使用した場合でも同様な効果を得ることができる。
【０１０５】
有機半導体を使用する場合には図３の説明図の１２及び１４の半導体層にＰ型又はＮ型の有機半導体を使用することで同様な効果が得られることが確認できた。Ｐ型として、オリゴチオフェン、ペンタセン、ビス−ベンゾジチオフェン及びフタロシアニン半導体、アントラジオチフェン半導体、ポリ（３−アルキルチオフェン）、部分正則ポリ（３−ヘルキルチオフェン）などを真空蒸着やクロロベンゼン、１−２−４−トリクロロベンゼン芳香族溶媒で溶かし、溶媒にして塗布して作成される。
【０１０６】
また、Ｎ型にはフッ化フタロシアニン共役重合物、ぺリレンテトラカルボキシル・ジアンヒドライド及びイミド誘電体、ナフタレンテトラカルボキシル・ジアンヒドライド及びイミド誘電体、Ｃ６０、１１，１１，１２，１２、−テトラシアノナフト−２，６−キノジメタンを真空蒸着で形成したり、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−１、ビフェニル等が使用可能である。１２又は１４に使用される有機半導体はＰ型、Ｎ型を上記説明から選べばよく、Ｎ型、Ｐ型にする場合はソース、ドレイン間の印加電圧の極性を変えればよい。又、左記極性の変更に伴い、トナーの極性を反転させるか、現像バイアスの極性を反対にし、ネガ画像を形成可能である。
【０１０７】
また、ソース１６、ゲート１７、ドレイン１８の導電層にはＩＴＯや銀又はカーボンなどの導電性粒子を基本に分散された樹脂を使用すれば良い。
【０１０８】
また、絶縁層１３、１５はポリイミド、ポリメタメチルアクリレートで作成すればよい。
【０１０９】
なお、上記構成を作成する場合は日経産業新聞平成１３年２月２８日号よりエプソン社の「インクジェット使い回路」構成を作成する方法又はシルク印刷などを複数回の工程でドラム上面に作成可能である。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、画像形成装置全体の小型化を可能とし、また、カラー画像を鮮明に形成することができ、さらに画像形成に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】スイッチング素子（画素）の縦断面図を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｇ）はスイッチング素子の製造工程を説明する図である。
【図４】ＸＹマトリックス配線交点にスイッチング素子と電気的に接続された金属電極を示す図である。
【図５】図２に示すものと図４に示すものとによってドラム１表面に形成された１画素を示す図である。
【図６】ドラム表面に電気潜像を形成するための構成を示す図である。
【図７】実施の形態２の画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図８】実施の形態３の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図９】実施の形態８において、ドラム上のトナー濃度に応じて、スイッチング素子に印加する電圧を設定するようすを説明する図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はスイッチング素子の別の製造方法を説明する図である。
【図１１】実施の形態９の画像形成装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図１２】実施の形態９におけるスイッチング素子の縦断面図を示す図である。
【図１３】Ｓ１×Ｄ÷Ｓ２と、Ｌとの関係を示す図である。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ異なる金属電極の断面形状を示す図である。
【図１５】（ａ）は実施の形態１０におけるスイッチング素子の縦断面図を示す図である。
（ｂ）は（ａ）のＸ線矢視図である。
【符号の説明】
１、１ｍ、１ｃ、１ｙ、１ｋ
像担持体（ドラム）
２          スイッチング素子（画素）
２０        画像形成電極（金属電極）
２３、２５  光通信手段（２３：発光部（レーザダイオード）、２５：受光部（フォトダイオード））
２９        シールド
３２        現像剤担持体（現像スリーブ）
４１、４３  濃度検出手段（４１：発光素子、４３：受光素子）
Ｄ          画素密度
Ｄｅ        現像位置
Ｓ１        画素の断面積
Ｓ２        画像形成電極の断面積
Ｐ          記録材
Ｔ          現像剤（トナー）
【図１】
0003826013.tif 000002
【図２】
0003826013.tif 000003
【図３】
0003826013.tif 000004
【図４】
0003826013.tif 000005
【図５】
0003826013.tif 000006
【図６】
0003826013.tif 000007
【図７】
0003826013.tif 000008
【図８】
0003826013.tif 000009
【図９】
0003826013.tif 000010
【図１０】
0003826013.tif 000011
【図１１】
0003826013.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0003826013.tif 000014
【図１４】
0003826013.tif 000015
【図１５】
0003826013.tif 000016