成象设备及处理盒

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本发明涉及一种采用下列装置的成象设备：特殊电子照相光 敏元件、特殊曝光装置以及使用该光敏元件的处理盒。\n在已知成象设备中，有采用电子照相的激光束打印机，该机 即高速、低噪声打印机。一种典型的记录方法包括成象的双记录， 诸如字符和图形，取决于光敏元件的特定部分是否用激光光束照 射。此外，基于这一双记录方法的某种打印机能呈现半色调。\n这类打印机的熟知的例子可包括那些采用高频脉动法和密度 图法的打印机。但是，像已熟知的那样，这种基于高频脉动法或 密度图法的打印机很难提供高解象力。\n另一方面，近年来已提出了脉冲宽度调制法(PWM)作为对 各象元形成半色调的方法，此法同时保持高解象力并不降低记录 密度。按照此法，激光光束照射时间根据图象信号得到调制以形 成半色调象元。按照PWM法，可用由各象元束点产生的字点来 形成平面灰度图象，以致能在不降低解象力的情况下呈现半色调。 因此，此法特别适用于那种要求兼具高解象力和高灰度特性的彩 色成象设备。\n但是即使在PWM法中，当象元密度(或图像单元密度)进 一步增高时，象元尺寸较之曝光点直径也有所减小，因此，即使 调制曝光时间，也有难于实现足够灰度的倾向。因此，为了提供 高解象力同时保持灰度特性，必须保持较小的曝光点直径。为了 在扫描光学系统中达成这一目的，例如有必要采用一种较短波长 的激光光束或者一个较大数值孔径(NA)的f-θ透镜。但按照这 些措施就有必要采用昂贵的激光器，大尺寸透镜和扫描器，还需 要与焦深的降低相当的机械精度的提高，因而不可避免地导致设 备尺寸的增大和生产成本的升高。另外，即使在采用固态扫描器 诸如发光二极管(LED)阵列或液晶光闸阵列的情况下也难以避 免扫描器成本的升高、附加精度必要的提高以及电驱动电路成本 的升高。\n虽然存在着上述问题，近年来已经要求根据电子照相法的成 象设备呈现更高的解象力和灰度特性。\n在这些情况下，已经提出了种种方法来改进解象力和灰度特 性，方法是采用显影时较小粒径的色粉或者提供均匀的显影条件。 但是，这些方法未能提供足够的灰度数据还原性诸如带有256灰 度和400-600线的全色图象(可以目测识别)，也不能充分还原 双图象诸如字符达到高解象力。\n另一方面，已经提出了一种采用有特性的电子照相光敏元件 的方法，其特性应是这样以致于它在低曝光能情况下显示低灵敏 度，在递增的曝光能情况下显示高灵敏度，这在例如日本公开特 许申请JP-A1-169454或1-172863中有所报道。按照此法，这 一光敏元件在照射点的低曝光能部分保持低灵敏度，因此有可能 达到一种与较小照射点直径相似的效果并且还持久地获得高于该 照射点直径预期的高解象力。但即使采用这种光敏元件，也很难 用PWM法持久地还原400线的灰度图象。\n\n如上所述，肉眼可识别的图象通常含有400线和256灰度。 在此情况下，最低解象力约为16μm2量级，相当于至少5，000dpi (字点／英寸)的解象力。为了获得这一高解象力，有必要至少保 持较小的光点面积。但是，在仅仅使光点面积减至极小的情况下， 如上所述的高品质图象尚未形成。\n本发明的目的是提供一种成象设备和处理盒，二者都能提供 一种解象力高，灰度特性极好的图象。\n按照本发明提供的成象设备包括：电子照相光敏元件包括支 持体和放置在支持体上的光敏层、使光敏元件充电的充电装置、 用光束照射充电光敏元件的曝光装置、显影装置、以及转印装置； 其中\n曝光装置用光束照射充电的光敏元件，该光束的光点面积(S) 乘该光敏层厚度(T)的积(S×T)至多20，000μm3。\n按照本发明还提供一种处理盒，包括：电子照相光敏元件包 括支持体和放置在支持体上的光敏层，选自充电装置、显影装置 和清扫装置的至少一种装置；其中\n该光敏层用曝光束照射，该光束的光点面积(S)乘该光敏层 厚度(T)的积(S×T)至多20，000μm3以及\n该光敏元件和选自充电装置、显影装置、和清扫装置的至少 一种装置是整体安装的，形成一个可拆卸、装配成成象设备的整 体的盒体。\n本发明的这些和其余的目的、特征和优点，在考虑下列本发 明优选的实施方案的描述(连同附图)时就会变得更加明显。\n图1是一组视图，该图表明光强分布与光点直径之间的关系 曲线和光束的光点面积(S)与光敏层厚度(T)之间的关系曲线。\n图2是按照本发明成象设备实施方案的简图。\n图3是按照本发明成象设备另一个实施方案的简图。\n图4是一个曲线图，该图表明灰度特性与光点面积(S)乘光 敏层厚度(T)的积之间的关系。\n在成象设备及处理盒中，曝光光束的光点面积(S)乘光敏层 厚度(T)的积(S×T)为20，000μm3或小于此值。保持S×T的 值为至多20，000μm3，按照本发明的成象设备及处理盒都能提供一 种解象力高，灰度还原性良好的优秀图象。\n这可归因于下列现象。\n更具体地说，在上述成象设备(及处理盒)的光敏层中，业 已发现，光点给出的图象数据是不易破坏的，因为形成静电潜象 的(电荷)裁流子的扩散能够受到抑制。另外，根据光敏层内部 这样形成的静电潜象的电势对比度的改进，业已确认，在光敏元 件与显影套筒之间间隙内部的电势对比度能得到提高。结果是所 提供的图象数据不易被破坏，提供高质量图像。\n鉴于显影对比度(即显影时光敏元件上的电势差)，乘积(S ×T)优选至少为2，000μm3，当S×T的值小于2，000μm3时，就 有难于提供足够显影对比度的倾向。\n本发明采用的曝光装置是用于在光敏元件上形成静电潜象 的，办法是用该曝光装置发射的光束照射光敏元件的表面，从而 向光敏元件表面提供点状光点。在此情况下，曝光装置最好是发 射激光(激光光束)或发光二极管光束(来自LED的光束)的光 源，以便易于提供光点面积较小的点状光点。\n\n图1表明光强分布与光点直径间的关系曲线。图1还表明光 束的光点面积(S)与光敏层厚度(T)之间的关系。参照图1， 光点的形状通常呈椭圆形，在主(或水平)扫描方向的光点直径 为ab，在副(或垂直)扫描方向的光点直径为cd。乘积S×T相 当于光点的体积(V)。光点面积(S)是光敏层表面上的面积，其 中提供了光强(B)或光强(从B到A)，前者为最高强度峰值(A) 的1／e2。\n在本发明中，提供光点的光源例子(作为曝光装置)可包括 半导体激光器或发光二极管(LED)。\n光强分布可以高斯分布或洛伦茨分布为基础。在这两种情况 下，本发明涉及的光点面积(S)所提供的光强分布如图1所示， 其中光强度在由B至A的范围(B为A的1／e2)之间变化。光点 面积(S)可根据经由放置在光敏元件位置的电荷耦合器件(CCD) 照相机加以测定。\n在本发明中，光束的光点面积(S)优选是至多4，000μm2，更 优选是至多3，000μm2。当光点面积(S)超过4，000μm2时，有光 点面积的光点有与邻近光点重叠的倾向，从而导致不稳定的灰度 还原性。此外，由生产成本看来，光点面积(S)优选至少为 1，000μm2。\n用于本发明成象设备(及处理盒)光敏元件的光敏层的厚度 (总厚度)优选至多为10μm，特别是至多为8μm以便获得极好的 图象。另一方面，鉴于针孔现象或感光灵敏度降低的可能性，光 敏层的厚度(在下述的功能分离型层结构的情况下为总厚度)至 少为1μm，特别是至少为3μm。光敏层的厚度可用涡流型厚度测量 仪加以测量。\n在本发明中，光敏层可以是功能分离型结构或是单层型结构。 更具体地说，光敏层可由电荷发生层和电荷输送层组成，前者包 含电荷发生材料，后者包含电荷输送材料，按以上所述顺序或者 相反顺序放置(功能分离型结构)；或者光敏层可由单层组成，该 单层包含电荷发生材料和电荷输送材料(单层结构)。在上述各个 层结构中，光敏层最好具有功能分离型结构，包括电荷发生层和 电荷输送层，按以上所述顺序放置在支持体上(下文所述)。\n电荷发生材料的例子包括：硒-碲、吡锌染料、硫代吡锌染 料，酞菁颜料、花蒽酮颜料、二苯并芘醌颜料、皮蒽酮染料、三 偶氮颜料、双偶氮颜料、偶氮颜料、靛蓝颜料、喹吖啶酮颜料和 花青颜料。\n电荷输送材料的例子包括：有杂环或稠合多环芳烃结构的聚 合物，诸如聚-N-乙烯基咔唑和聚苯乙烯基蒽；杂环化合物，诸 如吡唑啉、咪唑、恶唑、恶二唑、三唑和咔唑；三芳基链烷烃衍 生物，如三苯基甲烷；三芳基胺，诸如三苯胺；以及低分子量化 合物，诸如苯二胺衍生物、N-苯基咔唑衍生物、芪衍生物和腙衍 生物。\n上述的电荷发生材料和电荷输送材料可随意地分散或溶解于 高分子粘合剂中。这种高分子粘合剂的例子可以包括：乙烯基系 化合物的聚合物或共聚物，诸如苯乙烯、乙酸乙烯酯、氯乙烯、 丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、1，1-二氟乙烯及三氟乙烯、聚乙烯 醇、聚乙烯醇缩乙醛、聚碳酸酯、聚酯、聚砜、聚苯氧、聚氨酯、 纤维素树脂、酚醛树脂、蜜胺树脂、硅氧烷树脂以及环氧树脂。\n\n除上述化合物之外，光敏层还可含有一些用于改进机械性能 或耐久性或其它用途的添加剂。这类添加剂的例子可包括：抗氧 化剂、紫外线吸收剂、交联剂、润滑剂以及导电性调节剂。\n在本发明中，如上所述，光敏层的厚度最好较小(如1- 10μm)，以便在其上放置保护层。保护层的厚度最好是1-5μm。 小于1μm，其保护作用有不足的倾向；大于5μm，其表面电势有 降低的倾向。保护层最好含有各种树脂，还可随意地含有由金属、 金属氧化物等组成的导电性颗粒。\n用于本发明的电子照相光敏元件的制备法是在支持体上形成 至少一层光敏层。\n支持体可由本身具有导电性的材料组成，例如金属诸如铝、 铝合金、铜、锌、不锈钢、铬、钛、镍、镁、铟、金、铂、银、或 铁。另一个办法是支持体可包含一种用蒸气沉积膜(铝、氧化铟、 氧化锡或金)涂覆的塑料，或者一种由导电颗粒连同适当粘合剂 涂层涂在金属或塑料支持体上；或者是塑料或纸张与导电颗粒的 混合物。支持体可成型为如柱面环形带或片的形状。\n在本发明所用的光敏元件中，介于支持体和光敏层之间也可 设置具有注料隔离功能和粘合功能的底涂层。这一底涂层可由下 列物料构成：如酪蛋白、聚乙烯醇、硝化纤维、乙烯-丙烯酸共 聚物、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、聚酰胺、聚氨酯或明胶。底 涂层的厚度最好是0．1-10μm，尤其是0．3-3μm。\n按照本发明的成象设备可包括支持体、电子照相光敏元件、 充电装置、曝光装置、显影装置、转印装置和清扫装置。\n在本发明的成象设备中，上述各个装置(如充电装置、显影 装置、转印装置和清扫装置)是本行业的人已知的。充电装置最 好是电晕充电装置，借助向线路施加高压产生的电晕使光敏元件 充电；或者是接触充电装置，借助向设置的元件(诸如滚筒、桨 叶或电刷)施加电压，使其接触光敏元件表面而使之充电。为获 得高显影效果，显影装置最好是干式显影法，特别是非接触干式 显影法，该法对光敏元件和显影套盒间的电势对比度敏感。\n本发明显影工序中所用的调色剂的重均粒径最好是2- 10μm。\n图2是按照本发明成象设备(包括处理盒)的第一实施方案 的截面示意图。\n参照图2，光敏鼓1(即电子照相光敏元件)以规定的圆周速 度沿着光敏元件1内所示的箭头方向围绕轴2旋转。当旋转到具 有规定的正或负电势时，光敏元件1的表面借助于主充电装置3 均匀地充电。借助用图像式曝光装置(未示出)如同用激光束扫 描曝光那样把光敏元件1暴露在光-象4(曝光光束)下，从而在 光敏元件1表面上依次形成一种与曝光图象相对应的静电潜象。 像这样形成的静电潜象用显影装置5进行显影，在光敏元件表面 形成调色剂图象。调色剂图象依次转印到转印接收材料7上，该 材料由供纸零件(未示出)供应至光敏元件1和转印装置6之间， 借助转印装置6与光敏元件1的旋转速度同步。\n把有调色剂图象的转印接收材料7从光敏元件表面分开以传 送到图象固定装置8，接着进行图像定影印制成为复制品离开成象 设备。转印后光敏元件1表面上的残余调色剂颗粒用清扫装置9 除去以提供洁净的表面，残余电荷则用由预曝光装置(未示出) 发出的预曝光光线10予以消除，为下一循环作好准备。在主充电 装置是诸如充电辊的接触充电装置的情况下，预曝光工序可以略 去。\n在本发明中，上述大多数结构元件连同光敏元件1、主充电装 置3、显影装置5以及清扫装置9在内，可以整体安装以形成单个 单元成为一个处理盒11，该盒可拆卸装配成成象设备的主体，该 设备诸如复印机或激光束打印机，在主体上采用导轨装置诸如轨 条12。\n例如，至少一个主充电装置3、显影装置5和清扫装置9连同 光敏元件1可以整体安装以形成一个处理盒11。\n图3是按照本发明成象设备的第二实施方案彩色复印机的截 面示意图。\n参照图3，彩色复印机包括执行操作的图象扫描单元201，其 中原文上的图象数据经读出和数字信号处理，打印机单元202，其 中由图像扫描单元201读出的与原文图象相同的全色图象被打印 到支持片上。\n更具体地说，在图象扫描单元201中，把原文204放置在原 文玻璃板203上，用原文盖板200覆盖，用来自卤灯205的灯光 通过红外一切除(或屏蔽)滤波器208照射。来自原文的反射光 依次被反射镜206和207反射并通过透镜209在3一行传感器(电 荷耦合器件传感器)中成象，然后发送到信号处理单元211中作 为全色数据组分红(R)、绿(G)和蓝(B)。卤灯205和反射镜 206以速度(V)进行机械运动而反射镜207以速度(1／2V)进行 机械运动，各沿着行传感器210(由210-2、210-3和210-4组 成)的垂直电子扫描方向(主扫描方向)的方向(副扫描方向) 运动，从而在整个原文范围内执行扫描。\n在信号处理单元211中，读出信号经电处理解像成相应组分： 包括品红(M)、青(C)、黄(Y)和黑(B)，然后发送到打印单 元202。在上面组分M、C、Y和B中，一个组分送到打印单元 202供图象扫描单元201原文的一次扫描操作之用。因此，总计由 四次扫描操作来执行一次印出操作(彩色图象形成的一个循环)。\n在打印单元中，由图象扫描单元201发送的M、C、Y和BK 图象信号被送到激光驱动器212中。按照图象信号，激光驱动器 212调制一驱动(调制一启动)半导体激光213。用激光束(或激 光)经多角镜214、f-θ透镜215和反射镜216扫描光敏元件217 的表面，从而在光敏元件217上依次形成与原始图象相同的静电 潜象。\n像这样形成的静电潜象(M、C、Y和BK)用对应的调色剂 分别借助轮转显影器件218进行显影，该器件由品红显影单元 219、青显影组合件220、黄显影单元221和黑显影单元222各依 次与光敏元件217接触以形成M、C、Y和BK的调色剂图象。\n像这样形成在光敏元件上的显影调色剂图象被依次转印到支 持片(例如普通纸复印纸作为转印接收材料)上，该支持片由盒 224或盒225供应。转印是用转印鼓223执行的，支持片卷绕在该 鼓上。\n转印工序后其中M、C、Y和BK四色图象依次转印到支持片 上，该片通过定影单元226被传送到成象设备本体之外。\n在下文中将描述根据成象设备的上述第二实施方案的实施 例。 [实施例]\n用于本实施例的成象设备包括680nm(波长)和35mW(输 出)的半导体激光器作为光源(曝光装置)。半导体激光器向电子 照相光敏元件发出激光光束在副扫描方向提供一个固定的光点直 径为63．5μm，相当于400dpi；在主扫描方向提供各不相同的光点 直径，因而提供光点面积(S)的不同值包括1250μm2、2000μm2、 3000μm2以及5000μm2。\n电子照相光敏元件的制备方法是，在铝鼓上按顺序形成：导 电层、底涂层、电荷发生层、以及电荷输送层。电荷发生层含有 厚度为0．1μm的氧钛酞菁。另外，电荷输送层含有厚度为3．9μm 的三芳胺化合物，从而所得的功能分离型光敏层的厚度(T)为 4．0μm。\n如上同样方法制备电子照相光敏元件，只是把光敏层的厚度 (T)分别变换成8μm、15μm和25μm。\n使每个像这样制备的光敏元件带上负电荷并暴露在上述激光 束中，接着用带负电荷的磁性单组分调色剂(粒径6．5μm)进行 非接触干式显影以形成调色剂图象。\n借助目测法采用Macbeth反射型光密度计在灰度还原性方面 对这样制得的调色剂图象进行评定。\n结果示于图4。在图4中，各个符号分别代表下列光点面积 (S)。\n○：1250μm2\n■：2000μm2\n\n○：3000μm2\n●：5000μm2\n从图4明显可见，当乘积(S×T)至多为20，000μm3时，在 光点面积(S)为1250μm2、2000μm2以及3000μm2的情况下，确 认了良好的灰度还原性包括400dpi和256灰度等级。另一方面， 当乘积(S×T)超过20，000μm3时，灰度还原性不能令人满意。\n在光点面积(S)为5000μm2的情况下，即使在提供乘积(S ×T)至多为20，000μm3的区域中也未曾获得256灰度等级。这可 归因于100μm的较大光点直径对邻近的象元(光点)敏感。