JP2000203076A - 画像形成装置及び画像形成ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＦＰＣの開口のトナーによる詰まりを防止す
る。 【解決手段】現像スリーブと対向電極との間にＦＰＣを
設け、該ＦＰＣの開口１６の周囲に該開口１６を静電気
的に開閉するための制御電極１９を設け、該制御電極１
９に現像スリーブと対向電極との電位差の中間の飛翔用
電圧を印加するようにした画像形成装置において、制御
電極１９の開口周囲へ広がった面積と該開口１６の面積
との和に対する該開口面積の百分率を８％以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばコンピュー
タ、ファクシミリ、複写機等のプリンタに使用され、帯
電粒子の担持体から該帯電粒子を画像信号に応じて飛翔
させて受像体に付着させる画像形成装置及び画像形成ヘ
ッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像形成装置では、帯電粒子を
担持し搬送する担持体と対向電極との間に上記帯電粒子
が通過するための複数の開口を有する絶縁部材が配置さ
れ、対向電極と絶縁部材との間に受像体が配置され、さ
らに各開口の周囲に制御電極が配置されている。画像形
成にあたっては、上記担持体と対向電極との間に帯電粒
子を該担持体から対向電極に向かって移送させる静電界
を形成するための電位差を与えておき、上記制御電極に
与える電圧を制御することによって上記開口を静電気的
に開閉し、画像信号に応じて帯電粒子を担持体から離し
開口を通過させて受像体に付着させることになる。

【０００３】特開昭５８−１２２８８２号公報には、受
像体が配置されていないことを検出したときに、制御電
極に高電圧を印加することによって、該制御電極と対向
電極等との間に火花放電を発生させ、開口に詰まってい
るトナーをはじき飛ばすことが記載されている。

【０００４】特開昭５８−１０４７６９号公報には、画
像形成を行なわないときに制御電極と受像体との間の電
界を強めることにより、開口に滞留するトナーを受像体
側に取り出すことが記載されている。

【０００５】特開昭５８−１０４７７１号公報には、画
像記録時に担持体と受像体との間の電界及び開口内の電
界を帯電粒子が受像体に向かう方向とし、非記録時には
担持体と制御部材との間の電界の方向及び制御部材と受
像体との間の電界の方向を記録時とは逆にすることによ
り、開口のトナー詰まりを防止することが記載されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の火花放
電によって開口の帯電粒子を除く方法では、該開口を有
する絶縁部材を合成樹脂によって形成すると、該絶縁部
材が火花放電によって破壊される懸念がある。また、火
花放電を生起させるための電源が別途必要になるととも
に、帯電粒子が放電によって加熱され上記絶縁部材に融
着する可能性がある。

【０００７】また、画像を形成しないとき（非記録時）
に開口の帯電粒子を除去する方法では、画像形成中、つ
まり、例えば１枚の記録紙に画像信号に応じて帯電粒子
を逐次付着させている最中には開口の詰まりを生じても
その帯電粒子を除去することができない。さらに、上記
方法のいずれも開口の帯電粒子除去のために特別な電圧
印加モードを設ける必要があり、さらに特別な電源を必
要とすることもあって、コスト高になりやすい。

【０００８】すなわち、本発明の課題は、制御電極の電
圧制御によらずに上記開口の詰まりを防止することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記開口の面
積に工夫を加えることによって、上記課題を解決してい
る。

【００１０】すなわち、この出願の発明は、帯電粒子を
受像体に付着させて画像を形成する画像形成装置であっ
て、画像を形成するための粒子に電荷を付与する帯電手
段と、上記帯電手段によって電荷が付与された帯電粒子
を担持し搬送する担持体と、上記担持体の帯電粒子搬送
位置と対向する位置に配置された対向電極と、上記担持
体と対向電極との間に配置され、上記帯電粒子が通過す
るための複数の開口を有する絶縁部材と、上記絶縁部材
の各開口の周囲に設けられた制御電極と、上記担持体と
対向電極との間に該担持体の帯電粒子を対向電極に向か
って移送させる移送静電界を形成するための電位差を与
える移送静電界形成手段と、画像信号に応じて上記開口
周囲の制御電極に電圧を印加し上記移送静電界による上
記帯電粒子の当該開口における通過を制御する電圧制御
手段とを備え、上記制御電極の開口周囲へ広がった面積
と該開口の面積との和に対する該開口面積の百分率が８
％以上である、というものである。

【００１１】この発明を具体的に説明する。本発明者
は、開口の形状を円形としその周囲に該開口を巡るリン
グ状の制御電極を配置し、開口位置が対向電極と現像ス
リーブ（担持体）との電圧差の中間電位となるように制
御電極に飛翔電圧をパルス波形で印加することによっ
て、現像スリーブの帯電粒子が間欠的に開口を通過して
受像体に飛着するようにし、そのときの現像スリーブの
飛翔痕（帯電粒子が飛んでなくなった痕）を観察した。
すると、その飛翔痕は開口に対応した円形ではなく、制
御電極の外形状に対応した大きな円形であった。すなわ
ち、ドットは現像スリーブ上の開口に対応した部位に存
する帯電粒子だけで形成されているのではなく、制御電
極に対応した部位に存する帯電粒子も当該ドットの形成
に寄与している。このことは、上記飛翔電圧を制御電極
に印加したときに、現像スリーブ上の開口に対応した部
位に存する帯電粒子だけでなく制御電極に対応する部位
に存す帯電粒子も現像スリーブから離れ開口に向かって
移動し、該開口を通過していることを意味する。

【００１２】上記現像スリーブ上の制御電極に対応する
部位に存する帯電粒子が開口に向かって移動する理由
は、次の通りである。すなわち、上記飛翔電圧が印加さ
れると、開口の直上の空間（現像スリーブの開口に対応
する部位と絶縁部材の開口の部位との間の空間）では、
そこに存する帯電粒子が該開口を通過して吐き出される
ことによって帯電粒子濃度が低下する。しかし、図４に
示す等電位線から明らかなように、制御電極１９を取り
巻くようにその周囲から該制御電極１９に向かって電位
が漸次高くなった静電界を生じている。このため、上記
開口１６の直上の帯電粒子濃度が低下することに伴っ
て、上記静電界の影響により、開口１６の直上空間の周
囲から帯電粒子が開口１６に向かって移動するものであ
る。

【００１３】このように現像スリーブ上の開口１６に対
応する部位の帯電粒子だけでなく制御電極１９に対応す
る部位の帯電粒子も当該開口１６を通過しようとするか
ら、制御電極１９の面積が開口１６の開口面積に比して
過度に大きい場合には、これらの帯電粒子全てが開口１
６を滞りなく通過することができず、該開口１６が詰ま
ることになる。

【００１４】そこで、本発明者は、開口１６の開口面積
と、制御電極１９の開口周囲へ広がった面積とに着目
し、該制御電極の開口周囲へ広がった面積と該開口面積
との和に対する該開口面積の百分率を８％以上と規定し
たものである。ここに、制御電極の開口周囲へ広がった
面積とは、換言すれば、開口を通って担持体と対向電極
とを最短距離で結ぶ直線と直交する面に制御電極を投影
したときの投影面積であり、あるいは制御電極を担持体
に投影したときの面積ともいうことができる。

【００１５】そうして、本発明においては、当該百分率
が８％以上であるから、開口が帯電粒子で詰まることを
防止することができるものであり、この点は後述する実
施例で明らかになる。

【００１６】また、この出願の発明は、帯電粒子を受像
体に付着させて画像を形成する画像形成装置であって、
画像を形成するための粒子に電荷を付与する帯電手段
と、上記帯電手段によって電荷が付与された帯電粒子を
担持し搬送する担持体と、上記担持体の帯電粒子搬送位
置と対向する位置に配置された対向電極と、上記担持体
と対向電極との間に配置され、上記帯電粒子が通過する
ための複数の開口を有する絶縁部材と、上記絶縁部材の
各開口の周囲に設けられた制御電極と、上記担持体と対
向電極との間に該担持体の帯電粒子を対向電極に向かっ
て移送させる移送静電界を形成するための電位差を与え
る移送静電界形成手段と、画像信号に応じて上記開口周
囲の制御電極に電圧を印加し上記移送静電界による上記
帯電粒子の当該開口における通過を制御する電圧制御手
段とを備え、上記電圧制御手段によって上記制御電極に
電圧が印加されたときに、上記担持体が上記帯電粒子の
上記開口への飛翔を招くように上記制御電極から影響を
受ける部分の面積に対する上記開口の面積の百分率が８
％以上である、というものである。

【００１７】すなわち、上述の如く、開口まわりの制御
電極に電圧を印加したときには、担持体の当該開口に対
応する部位に存する帯電粒子だけでなく、担持体の制御
電極に対応した部位に存する帯電粒子も当該開口に向か
って飛翔する。しかし、この制御電極が開口まわりに大
きく広がっているとき、あるいは一部が外側へ大きく張
り出しているときは、担持体の制御電極に対応する部位
に存する全ての帯電粒子が当該開口に向かって飛翔する
のではなく、その制御電極によって影響を受ける部位の
帯電粒子のみが開口に向かって飛翔する。

【００１８】つまり、制御電極が開口まわりに大きく広
がっているときは、担持体の制御電極周縁部に対応する
部位の帯電粒子は開口へ向かって飛翔し難く、また、制
御電極の一部が外側へ大きく張り出しているときは、担
持体の当該張出し部分に対応する部位の帯電粒子は開口
に向かって飛翔し難い。

【００１９】従って、上記開口面積を決定するにあたっ
ては、上記電圧制御手段によって上記制御電極に電圧が
印加されたときに、上記担持体が上記帯電粒子の上記開
口への飛翔を招くように上記制御電極から影響を受ける
部分の面積に対する上記開口の面積の百分率が８％以上
となるようにすることが好ましい。

【００２０】上記担持体が上記帯電粒子を周面に担持す
る円筒状のものであるとき、この担持体が上記制御電極
から影響を受ける部分は、該担持体の上記開口中心に対
応する点を通る接線からの離隔距離が５０μｍ以下の範
囲である。つまり、担持体が所定の曲率半径（例えば１
５〜２０ｍｍの半径）で湾曲している場合、その曲率半
径が大きい場合には上記離隔距離が５０μｍを越える部
位は開口からの距離が大きくなり過ぎて制御電極から影
響を受け難く、また、曲率半径が小さい場合には上記離
隔距離が５０μｍを越える部位の法線と該部位と開口と
を結ぶ線とのなす角度が大きくなり過ぎて帯電粒子が開
口に向かって飛翔し難い。従って、上記離隔距離は５０
μｍ以下が好ましいものである。

【００２１】また、上記百分率の上限は、帯電粒子が開
口を通過して受像体に飛着して形成されるドットの密度
を問題にしなければ、１００％にできるだけ近い値とい
うことになる。しかし、帯電粒子が詰まり難いように開
口径を大きくしながら尚且つドットの高密度化を図る場
合は、該開口を取り巻く制御電極の幅をできるだけ狭く
することが必要になり、当該百分率の上限は制御電極を
製造する上で可能な限界の最小幅から決まってくる。す
なわち、例えば現在のエッチング工法の技術で得られる
最小の制御電極幅は約２０μｍであり、その場合は当該
百分率の上限は約５２％になり、レーザー加工法による
場合はその幅を１０μｍ程度にまですることができるか
ら、当該百分率の上限は約７０％になる。なお、最小電
極幅は例えば図５に示す制御電極１９でいえば、幅Ｗが
これに該当する。

【００２２】上記制御電極として開口の周囲を取り巻く
リング状電極を用いる場合は、該制御電極の外周で囲ま
れた面積に対する上記開口の面積の百分率を８％以上と
し、その上限を約５２％又は約７０％とすればよい。

【００２３】また、上記開口面積は９００π（単位μｍ
² ）以上とすることが好ましい。これにより、開口の帯
電粒子による詰まりを防止することができる。但し、開
口に帯電粒子が詰まり易いか否かは該帯電粒子の粒径の
影響が大きく、その粒径が小さくなるほど当該開口面積
の下限は小さくなる。なお、πは円周率である。

【００２４】また、上記開口面積の上限は例えば１００
００π（単位μｍ² ）とすればよい。

【００２５】また、上記帯電粒子としては体積平均粒径
が５〜１５μｍのものを用いるようにすればよい。

【００２６】この出願の発明は、画像形成用の帯電粒子
を担持した担持体の前面に配置され、該帯電粒子の受像
体へ向かう飛翔を制御する画像形成ヘッドであって、上
記帯電粒子が通過するための複数の開口を有する絶縁部
材と、上記絶縁部材の各開口の周囲に設けられ、各開口
における上記帯電粒子の通過を制御するための電圧が印
加される制御電極とを備え、上記制御電極に電圧が印加
されたときに、上記制御電極が上記担持体の帯電粒子に
対して上記開口に向かって飛翔するように影響を与える
部分の開口周囲に広がった面積と該開口の面積との和に
対する該開口面積の百分率が８％以上である、というも
のである。

【００２７】すなわち、上述の如く制御電極が開口まわ
りに大きく広がっているときは、該制御電極の周縁部は
実質的な画像形成には働かず（担持体の帯電粒子を開口
へ向かって飛翔させるものとしては働かず）、また、制
御電極の一部が外側へ大きく張り出しているときも、そ
の張出し部分は実質的な画像形成には働かない。

【００２８】従って、画像形成ヘッドを構成する場合、
制御電極が担持体の帯電粒子に対して開口に向かって飛
翔するように影響を与える部分の開口周囲に広がった面
積と開口面積との和を基準として当該開口面積を決定す
るようにすればよい。

【００２９】このような画像形成ヘッドの場合も、上記
制御電極は開口を取り巻くリング状に形成することが好
ましく、上記開口面積の百分率の上限は例えば７０％と
すればよく、上記開口面積は９００π〜１００００π
（単位μｍ² ）とすればよく、帯電粒子としては体積
平均粒径が５〜１５μｍのものを用いればよい。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、制御電
極の開口周囲へ広がった面積と該開口の面積との和に対
する該開口面積の百分率を８％以上としたから、あるい
は担持体が帯電粒子の開口への飛翔を招くように制御電
極から影響を受ける部分の面積に対する開口面積の百分
率を８％以上としたから、あるいは制御電極が担持体の
帯電粒子に対して開口に向かって飛翔するように影響を
与える部分の開口周囲に広がった面積と該開口の面積と
の和に対する該開口面積の百分率を８％以上としたか
ら、制御電極に対して開口詰まり防止用の特別な電圧を
印加することなく、画像形成中に開口に詰まりが発生す
ることを防止することができ、画像形成装置を構成する
部品の損傷防止、コストダウン、確実な画像形成（ドッ
ト形成）に有利になる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３２】＜画像形成装置の全体構造の説明＞実施形
態に係る画像形成装置は図１に概略的に示されている。
同図において、符号１は現像剤帯電担持手段のハウジン
グを示し、該ハウジング１に、現像スリーブ２、現像剤
供給ローラ３、及び現像剤規制ブレード４が収容されて
いる。

【００３３】現像スリーブ２は、現像剤としての帯電し
たトナー（すなわち、画像形成用の帯電粒子）５を担持
し例えば２０〜４００ｍｍ／秒の周速度で回転すること
によって後述する対向電極６に対向する位置に搬送する
担持体である。この現像スリーブ２は、アルミニウム、
鉄等の金属又は合金によって円筒状に形成されており、
直径は例えば１６〜１８ｍｍ程度、厚さは例えば１ｍｍ
前後である。図例では現像スリーブ２が接地されている
が、直流又は交流の電圧を印加するようにしてもよい。

【００３４】供給ローラ３は、現像スリーブ２の外周面
に当てられて該現像スリーブ２とは逆方向に回転し、ト
ナー５を現像スリーブ２に供給するとともに、余分なト
ナー５を該現像スリーブ２から落とすものである。この
供給ローラ３は、例えば直径６ｍｍ程度の金属芯にウレ
タンスポンジ等の合成ゴムを巻き付けて外径が例えば１
２ｍｍ程度にされるものであり、現像スリーブ２と摩擦
接触することから、トナー５を帯電させる働きも有す
る。本実施形態ではトナー５は負に帯電する。

【００３５】規制ブレード４は、現像スリーブ２の外周
面に当てられ、該現像スリーブ２との摩擦によってトナ
ー５を負に帯電させるとともに、現像スリーブ４に担持
されるトナー５の量を規制するものであり、例えばトナ
ーが１〜３層程度又は厚さ１０〜２０μｍ程度担持され
るように規制される。この規制ブレード４は、一端をハ
ウジング１の支持部材に固定した、例えば厚さ０．５ｍ
ｍ前後の燐青銅板の他端部に例えば厚さ１ｍｍ前後のウ
レタンゴム等による弾性部材を取り付けたものによって
構成され、該弾性部材が現像スリーブ２に当てられる。

【００３６】従って、本実施形態では供給ローラ３と規
制ブレード４とが現像スリーブ２との関係においてトナ
ー５に帯電させる帯電手段を構成しているということが
できる。

【００３７】また、図１において、符号６は現像スリー
ブ２と対向する位置に配置された対向電極である。この
現像スリーブ２と対向電極６との間に画像形成ヘッドと
してのフレキシブル・プリント・サーキット（以下、Ｆ
ＰＣという）７が配置され、該ＦＰＣ７と対向電極６と
の間を受像体としての記録紙９が搬送ベルト１０によっ
て搬送されて通過するようになっている。また、記録紙
９の搬送先には該記録紙９に付着したトナー５を定着さ
せる定着器１１が設けられている。対向電極６にはこれ
にトナー移送用の電圧を印加する移送電源１２が接続さ
れている。この電圧印加によって、現像スリーブ２と対
向電極６との間に帯電トナー５を対向電極６に向かって
移送させるための移送静電界が形成されるものであり、
移送電源１２は移送静電界形成手段を構成している。こ
の移送用の電圧は例えば４００〜１５００Ｖとされる。

【００３８】なお、図１では現像剤帯電担持手段が１つ
だけ示されているが、例えばフルカラーの画像を形成す
る場合には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラック
の４種類のトナーについて同様の現像剤帯電担持手段が
構成され、これらが記録紙９の搬送方向に一列に並ぶよ
うに設けられることになる。

【００３９】図２に示すように、現像スリーブ２とＦＰ
Ｃ７との間には厚さ１０μｍ前後のスペーサ１３がＦＰ
Ｃ７の開口１６よりもスリーブ回転方向の手前側に差し
込まれており、これにより、この現像スリーブ２とＦＰ
Ｃ７の開口１６の部位との間隔が規制されている。スペ
ーサ１３の先端とＦＰＣ７の開口１６との距離は１００
０μｍ以下が望ましく、さらに望ましいのは１００〜４
００μｍである。また、ＦＰＣ７の開口１６の部位と対
向電極６との間隔は５０〜５００μｍが望ましく、さら
に望ましいのは５０〜３００μｍである。

【００４０】また、ＦＰＣ７は、片側がハウジング１に
固定され、その反対側が引張バネ１５を介してハウジン
グ１に結合されて緊張されており、この緊張によって、
ＦＰＣ７が現像スリーブ２にスペーサ１３を介して１０
Ｎ以下の圧力で当てられている。

【００４１】＜ＦＰＣ７の構造説明＞ＦＰＣ７は、図３
及び図４に示すように、現像スリーブ２の長手方向に並
ぶ複数の開口１６を有するベース板１７と、該ベース板
１７の現像スリーブ２側の面に各開口１６毎に設けられ
た制御電極１９と、該ベース板１７の反対側の面（対向
電極６側の面）に各開口１６毎に設けられた一対の偏向
電極２０ａ，２０ｂと、ベース板１７の開口１６の内面
から制御電極１９及び偏向電極２０ａ，２０ｂを覆うよ
うに設けられた電気絶縁性ポリマーによるカバーコート
２１とを備えている。また、各制御電極１９は電圧制御
手段２２を介して電源２３に接続されている。

【００４２】ベース板１７は、例えばポリイミド等によ
って形成されるもので電気絶縁性を有し、その厚さは２
５〜４０μｍとされる。複数の開口１６は、トナー５を
通過させるためのものであり、この実施形態では現像ス
リーブ２の長手方向に２列に並び、該両列の開口１６，
１６同士が互いに列方向に半ピッチずつずれた位置関係
（千鳥の関係）となるように形成されている。なお、こ
の複数の開口１６は１列に並べてもよいが、２列千鳥状
に並べることによって配置の密度（ドットの密度）を高
めているものである。

【００４３】制御電極１９は、上記電圧制御手段２２に
よって後述する適切な電圧が選択的に印加されることに
よって、上記開口１６を静電気的に開閉する、つまり、
帯電トナー５が現像スリーブ２から離れ該開口１６を通
過して対向電極６に向かって飛翔するように、現像スリ
ーブ２と対向電極６との間に開口１６を通る移送静電界
を露出させ、また該露出を制限するものである。この制
御電極１９は図３の例では各開口１６を巡るリング状に
形成されている。制御電極１９の厚さは５〜２０μｍ、
例えば１０μｍ前後とされる。また、制御電極１９から
リード線１８が開口１６の配列方向と直交する方向に延
びている。

【００４４】偏向電極２０ａ，２０ｂは、開口１６を通
過する帯電トナー５を偏向させるためのものであって、
図６に示すように記録紙９の搬送方向（開口列と直交す
る方向）に対して斜めに対向するように配置され、各々
リード線２４，２４及び偏向電圧制御手段２５を介して
偏向用電源２６に接続されている。偏向電極２０ａ，２
０ｂの厚さは５〜２０μｍ、例えば１０μｍ前後とされ
る。偏向の態様については後に説明する。

【００４５】カバーコート２１は、絶縁性ポリマーのコ
ーティング又は絶縁性ポリマー薄膜の貼り付けによって
形成することができ、その厚さは例えば５〜２５μｍと
される。なお、ＦＰＣ７のベース板１７、制御電極１
９、偏向電極２０及びカバーコート２１を含む全厚は例
えば８０〜２００μｍ程度とすることが好ましい。

【００４６】＜開口及び制御電極の形状・面積について
＞開口１６は、直径５０〜２００μｍの円形であること
が好ましく、さらに好ましいのは直径６０μｍ以上の円
形である。その場合の開口面積Ａａは３０×３０×π
（μｍ² ）以上となる。開口面積Ａａの上限は例えば１
００００π（μｍ²)とする。但し、これと同等の開口面
積を有する楕円形あるいは多角形であってもよい。楕円
形開口の場合、その長軸／短軸の比は１〜２が好まし
い。多角形開口の場合、その角数は４以上が好ましく、
その長径／短径の比は１〜２が好ましい。

【００４７】制御電極１９の形状は、上記開口１６の周
囲を取り巻く円形、楕円形又は多角形のリング状（各開
口の周縁形状に対応するリング形状）にすることができ
る。但し、完全なリングではなく一部が欠けたものであ
ってもよい。また、図５は制御電極１９の形状の他の例
を示すものであり、同図の例では円形リングの両側部
（開口１６の配列方向の前側部と後側部）がリード線１
８の方向に直線状に切除されたような形、つまり幅狭に
なっている。従って、相隣る制御電極間の距離を絶縁性
が得られるように確保しながら、多数の開口１６（又は
制御電極１９）を密に並べることに有利になり、ドット
密度が高くなる。

【００４８】制御電極１９の開口周囲に広がった面積Ａ
ｃは、開口１６の面積をＡａとするとき、Ａａ／（Ａａ
＋Ａｃ）の百分率が８％以上となるように設定すること
が好ましい。該百分率の上限は７０％程度を目安とすれ
ばよい。制御電極１９は開口１６に沿って設ける（開口
周縁と制御電極の内周縁とをほとんど離間させないよう
にする）ことが望ましい。また、リング状の制御電極１
９を採用する場合、該制御電極１９の外周で囲まれる面
積Ａに対する開口１６の面積Ａａの百分率が８％以上と
なるように設定すればよく、該百分率の上限は７０％程
度を目安とすればよい。上記離間が実質的に無い場合
は、Ａａ／（Ａａ＋Ａｃ）＝Ａａ／Ａとなり、制御電極
１９がリング状でない場合にはＡａ／（Ａａ＋Ａｃ）の
百分率が８％以上となるようにし、上記離間がある場合
にはＡａ／Ａの百分率が８％以上となるようにすればよ
い。

【００４９】制御電極１９の開口１６のまわりでの広が
りが小さい場合、この制御電極１９が開口１６のまわり
に広がった範囲の面積Ａは、現像スリーブ２が帯電トナ
ー５の開口１６への飛翔を招くように制御電極１９から
影響を受ける範囲に対応するが、上記広がりが大きい場
合には必ずしも対応しない。例えば図７に示すように制
御電極１９が開口１６の並び方向（現像スリーブ２の筒
長方向）に対して直交する方向に大きく広がっている場
合である。

【００５０】その場合は、制御電極１９に制御電圧が印
加されたときに、現像スリーブ２の帯電トナー５を開口
１６に向かって飛翔させることに有効に働く制御電極１
９の面積に基いて上記開口１６の大きさを決定すればよ
い。

【００５１】すなわち、図７に示すような制御電極１９
の場合、制御電圧が印加されたときに、現像スリーブ２
上の帯電トナーに対して開口１６に向かって飛翔するよ
うに影響を与えるのは、図８に示すように、開口１６の
まわりに存する部分（同図のＡ１部位）のみである。す
なわち、現像スリーブ２の帯電トナーが開口１６に向か
って飛翔するように制御電極１９から影響を受ける可能
性がある範囲Ｓは、開口１６の中心に対応する点Ｃを通
る接線Ｌからの離隔距離Ｄが５０μｍ以下の部位であ
る。

【００５２】従って、制御電極１９の広がりのうち上記
範囲Ｓに存する部分Ａ１の開口周囲に広がった有効面積
を上記Ａｃとして、先の場合と同様にＡａ／（Ａａ＋Ａ
ｃ）の百分率が８％以上になるようにすればよい。

【００５３】但し、このように制御電極１９の一部又は
全体が開口１６まわりに大きく広がっている場合、実際
に現像スリーブ２から帯電トナー５が開口１６に向かっ
て飛翔する範囲、つまり現像スリーブ２の飛翔痕の面積
が、制御電極１９の上記有効面積Ａｃと開口面積Ａａと
の和に一致しないことがある。その場合には、実際の飛
翔痕の面積（現像スリーブ２が帯電トナー５の開口１６
へ向かった飛翔を招くように制御電極１９から影響を受
ける面積）を測定し、その飛翔痕面積に対する開口面積
Ａａの百分率が８％以上になるようにすればよい。

【００５４】＜制御電極１９による移送静電界の露出制
御の説明＞画像形成装置が使用されるときは対向電極６
に移送静電界を形成するための移送電圧Ｖbeが印加され
る。図９は外部から制御電極１９の電圧制御手段２２に
画像信号が与えられたときの該電圧制御手段２２によっ
て制御電極１９に印加される電圧のタイムチャートであ
る。

【００５５】制御電極１９には接地電位Ｖｗが与えられ
ている。画像信号が入力されると、パルス波形の制御電
圧Ｖｃが時間Ｔｂで制御電極１９に印加されるととも
に、この制御電圧Ｖｃの立ち上がりと同時にパルス波形
の重畳電圧Ｖｋが時間Ｔｋで制御電極１９に印加され
る。従って、Ｖｗ＋Ｖｃ（ないしはＶｗ＋Ｖｃ＋Ｖｋ）
が開口１６に移送静電界を露出させて帯電トナー５を現
像スリーブ２から開口１６を通過させて記録紙９へ付着
するように飛翔させる飛翔電圧になる。

【００５６】すなわち、接地電位Ｖｗは帯電トナー５と
同極性の電圧であって、例えば−１５０〜０Ｖ、さらに
は−５０Ｖ前後が望ましい。制御電圧Ｖｃは帯電トナー
５とは逆極性の電圧であって、例えば１００〜４００
Ｖ、さらには３２０Ｖ前後が望ましい。重畳電圧Ｖｋは
帯電トナー５とは逆極性の電圧であって、例えば２０〜
１５０Ｖ、さらには５０Ｖ前後が望ましい。また、時間
Ｔｂは例えば８０μｓ、時間Ｔｋは例えば２５μｓとす
ることができる。重畳電圧Ｖｋの印加は、現像スリーブ
２から帯電トナー５を離し易くするために行なわれる。

【００５７】従って、現像スリーブ２と対向電極６との
間の電圧差（移送電圧Ｖbe）の中間の電圧が飛翔電圧と
して制御電極１９に与えられることによって、図４に等
電位線で示すように、現像スリーブ２と対向電極６との
間に開口１６を通る電位勾配、すなわち、移送静電界が
形成され（露出し）、帯電トナー５は現像スリーブ２か
ら離れ開口１６を通って記録紙９に達することになる。

【００５８】この飛翔電圧が印加されているとき、開口
１６の直上の空間（現像スリーブ２の開口１６に対応す
る部位とＦＰＣ７の開口１６の部位との間の空間）で
は、そこに存する帯電トナー５が該開口１６を通過して
吐き出されることによってトナー濃度が低下する。しか
し、図４に示す等電位線から明らかなように、制御電極
１９を取り巻くようにその周囲から該制御電極１９に向
かって電位が漸次高くなった静電界を生じている。この
ため、上記開口１６の直上のトナー濃度が低下すること
に伴って、制御電極１９を取り巻く上記静電界の影響に
より、開口１６の直上空間の周囲から帯電トナー５が開
口１６に向かって移動して、制御電極１９及びその周辺
に付着する。すなわち、現像スリーブ２の上の開口１６
に対応する部位に存する帯電トナー５だけでなく、制御
電極１９に対応する部位に存する帯電トナー５も開口１
６を通過することになる。

【００５９】上記時間Ｔｂが経過すると、次の飛翔用の
制御電圧Ｖｃのパルスが入るまでの時間Ｔｗは制御電極
１９に接地電位Ｖｗのみが与えられた状態になる。この
接地電位Ｖｗは現像スリーブ２と同電位０Ｖ又はそれよ
りもプラスの電位（但しＶｃよりも低電位）とすること
もできるが、帯電トナー５と同極性のマイナス電位とす
れば、現像スリーブ２の接地電位０Ｖよりも低いから、
現像スリーブ２と制御電極１９との間に上記移送静電界
とは逆向きの制限静電界を生じ、現像スリーブ２から新
たな帯電トナー５が開口１６に向かって飛翔することが
確実に防止される。但し、この制限静電界は電位の勾配
が比較的緩やかであるから、制限電圧（接地電位Ｖｗ）
が与えられた時点で既に開口１６に向かって飛翔してい
る帯電トナー５はそのまま飛翔を続け、該開口１６を通
過して記録紙９に達することになる。これにより、ドッ
トの濃度が予定よりも薄くなることが避けられる。

【００６０】また、上記時間Ｔｗの前期では制御電極１
９に上記接地電位Ｖｗのみを与え、後期には図９に鎖線
で示すように帯電トナー５と同極性の例えば−２５０〜
−５０Ｖの戻し電圧Ｖｒを該制御電極１９に印加するよ
うにしてもよい。その場合、制御電極１９には接地電位
Ｖｗと戻し電圧Ｖｒとが与えられた状態になる。これに
より、現像スリーブ２と制御電極１９との間に上記移送
静電界とは逆向きのしかも電位勾配が比較的急な制限静
電界を形成することができ、先の飛翔電圧印加時に開口
１６を通過せずに制御電極１９まわりに留まった帯電ト
ナー５を現像スリーブ２に確実に戻すことができる。

【００６１】なお、以上に説明した制御電極１９に与え
る各電圧の望ましい値ないしは望ましい範囲は、現像ス
リーブ２の接地電位が０Ｖの場合であるが、該現像スリ
ーブ２を０Ｖ以外の電位にする場合には、該現像スリー
ブ２の電位を基準として、以上で説明した各電圧値ない
しは電圧範囲に相当する電圧差が得られるように制御電
極１９に電圧を印加することになる。

【００６２】また、上記帯電トナー５の極性は負である
が、これを正極性とする場合は上記電圧差で上記実施形
態とは逆向きの静電界が形成されるように、現像スリー
ブ２，対向電極６及び制御電極１９の電圧を設定するこ
とになる。

【００６３】＜開口及び制御電極の面積が開口の詰まり
に及ぼす影響について＞下記の条件でＡ４の記録紙に全
面にわたって黒印字（ドットの形成）を行ない開口１６
の詰まりを調べた。但し、途中での開口１６の清掃は行
なわなかった。

【００６４】 スペーサ１３の厚さ ；１０μｍ（ステンレス製） 対向電極６とＦＰＣ７との間隔；２８０μｍ 記録紙９の搬送速度 ；６５ｍｍ／ｓ 現像スリーブ２の周速度 ；１３０ｍｍ／ｓ 現像スリーブ２の電位 ；０Ｖ 対向電極６の電位Ｖbe ；１０００Ｖ 制御電極１９の電位 Ｖｗ ；−５０Ｖ Ｖｃ ；３２０Ｖ（時間Ｔｂ；８０μｓ） Ｖｋ ；５０Ｖ（時間Ｔｋ；２５μｓ） Ｖｒ ；印加せず 露出制限時間Ｔｗ ；１３７μｓ 開口１６の形状 ；円形 開口１６の面積 ；種々 制御電極１９の形状 ；図５に示す形状 制御電極１９の面積 ；種々 トナー５の種類 ；粉砕法で調製したトナー 及び重合法によって調製したトナー 上記粉砕トナー及び重合トナーはいずれも、負に帯電す
る順極性トナーが大部分を占め、正に帯電する逆極性ト
ナーが数％含まれたものであり、各測定値は表１に示す
とおりである。なお、帯電量については２種類を示し
た。なお、測定時の温度は２６．３℃、相対湿度は５０
％である。

【００６５】

【表１】

【００６６】結果は図１０及び図１１に示されている。
同図において、プロットＡ，Ｂ，Ｃは粉砕トナーを用い
た例であり、プロットａ，ｂ，ｃ，ｄは重合トナーを用
いた例である。図１０は横軸を開口面積とし、縦軸を制
御電極部面積（開口面積と制御電極面積との和のこと）
とするものである。同図においてラインＬ１（円形開口
の半径３４μｍ）より右側に存するプロットＡ，Ｂ，
Ｃ、並びにラインＬ２（円形開口の半径３０μｍ）より
も右側に存するプロットｂ，ｃ，ｄでは、記録紙５０枚
目でも帯電トナー５による開口１６の詰まりを生じなか
った。これに対して、プロットａでは２０枚以内で開口
１６の詰まりを生じた。また、同図のＬ３は制御電極部
面積に対する開口面積の百分率が１５％のラインであ
り、Ｌ４は当百分率が８％のラインである。開口詰まり
を生じなかったプロットＡ，Ｂ，ＣはラインＬ３よりも
右側（当百分率が高い側）にあり、開口詰まりを生じな
かったプロットｂ，ｃ，ｄもラインＬ４よりも右側（当
百分率が高い側）にある。

【００６７】図１１は横軸を制御電極部面積、すなわち
開口面積と制御電極面積との和とし、縦軸を該和に対す
る開口面積の百分率とするものであり、粉砕トナーで開
口詰まりを生じなかったプロットＡ，Ｂ，Ｃは百分率１
５％のラインＬ３より上側にあり、重合トナーで開口詰
まりを生じなかったプロットｂ，ｃ，ｄは百分率８％ラ
インＬ４よりも上側にある。

【００６８】この結果から、重合トナーの場合は半径３
０μｍの円形開口又はこれに相当する開口面積を有する
開口とし、上記百分率を８％以上にすれば、開口詰まり
を回避するうえで有利になり、粉砕トナーの場合は半径
３４μｍの円形開口又はこれに相当する開口面積を有す
る開口とし、上記百分率を１５％以上にすれば、開口詰
まりを回避するうえで有利になるということができる。
重合トナーの方が粉砕トナーに比べて開口径や上記百分
率が小さくても開口１６に詰まりを生じ難いという結果
になっているのは、重合トナーは球形に近い形状を有す
るためと考えられる。

【００６９】また、トナーの粒径が小さくなれば、上記
開口径の下限も小さくなるが、トナー粒径（帯電粒子の
粒径）としては、体積平均径が５〜１５μｍのものが好
適である。

【００７０】なお、上記粉砕トナー及び重合トナーに代
えて重合法で調製した表２のトナー３〜６についても、
同様の試験を行なったが、同様の結果が得られた。

【００７１】

【表２】

【００７２】また、本実施形態は、トナー５として、ト
ナーを現像スリーブ２に押しつけ層規制をして帯電させ
る一成分系のものを採用しているが、キャリアとの撹拌
によって帯電を得る二成分系のものを採用してもよい。

【００７３】＜偏向電極による帯電トナーの偏向につい
ての説明＞図１２の中央部は、偏向電極２０ａ，２０ｂ
の両者に同電圧が印加された場合を示すものであり、帯
電トナー５は矢符で示すように開口１６をまっすぐ通過
して記録紙９の上の当該開口位置に対応する位置に到達
する（偏向なし）。これに対して、同図の左部は、両偏
向電極２０ａ，２０ｂのうち記録紙９の搬送方向を基準
として開口１６の左側に配置された偏向電極２０ａに右
側に配置された偏向電極２０ｂよりも相対的に高い電圧
を印加した場合を示すものであり、負の帯電トナー５は
この両電極２０ａ，２０ｂ間に生ずる静電界によって左
側に偏向する。同図の右部は、右側偏向電極２０ｂに左
側偏向電極２０ａよりも相対的に高い電圧を印加した場
合を示すものであり、このときは先とは逆向きの静電界
が両偏向電極２０ａ，２０ｂ間に生ずるから、負の帯電
トナー５は右側に偏向することになる。

【００７４】但し、上述の如く偏向電極２０ａ，２０ｂ
は記録紙９の搬送方向に対して斜め方向に対峙している
から、上記偏向なし、左偏向及び右偏向という３つの態
様によって、図１３に示すように、記録紙９が停止して
いるときは該記録紙９の進行方向に対して斜めに直線的
に並ぶ３つのドット２７が形成される。この場合、記録
紙９がドット２７を打つ周期（時間）で相隣るドット２
７，２７のずれ量（距離）だけ搬送されるようにその搬
送速度を定めることにより、当該３つのドット２７を記
録紙９の搬送方向Ａと直交する方向に直線的に並べるこ
とができる。従って、１つの開口１６で３つのドット２
７を賄うことができ、ドットの高密度化を図ることがで
きる。

【００７５】上記偏向は電圧制御手段２５によって左右
の偏向電極２０ａ，２０ｂに印加する電圧を制御するこ
とによって行なうものであり、例えば、直進させるとき
は両電極２０ａ，２０ｂに共に５０Ｖの電圧を印加し、
左に偏向させるときは左側電極２０ａに１２０Ｖの電
圧、右側電極２０ｂに−５０Ｖの電圧をそれぞれ印加
し、右に偏向させるときは左側電極２０ａに−５０Ｖの
電圧、右側電極２０ｂに１２０Ｖの電圧をそれぞれ印加
することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の断面
図。

【図２】同装置の一部を拡大して示す断面図。

【図３】同装置のＦＰＣの一部の平面図。

【図４】同装置の飛翔電圧印加時の現像スリーブと対向
電極との間の等電位線を示す断面図。

【図５】同装置の制御電極の形状例を示す平面図。

【図６】同装置の偏向電極の配置を示すＦＰＣの一部の
底面図。

【図７】同装置の制御電極の他の形状例を示す平面図。

【図８】図７に示す制御電極の帯電トナー飛翔に有効な
範囲及び現像スリーブが制御電極から影響を受ける範囲
の説明図。

【図９】同装置の制御電極に印加される電圧のタイムチ
ャート。

【図１０】開口詰まりの試験結果を示すグラフ図。

【図１１】同試験結果を示す他のグラフ図。

【図１２】同装置の偏向電極の電圧制御例を示す説明
図。

【図１３】同装置の偏向電極を利用して形成したドット
の配置を示す平面図。

【符号の説明】

１ ハウジング ２ 現像スリーブ（担持体） ３ 供給ローラ（帯電手段） ４ 規制ブレード（帯電手段） ５ トナー（帯電粒子） ６ 対向電極 ７ ＦＰＣ ９ 記録紙（受像体） １１ 定着器 １２ 移送電源（移送静電界形成手段） １３ スペーサ １６ 開口 １７ ベース板（絶縁部材） １９ 制御電極 ２２ 電圧制御手段

フロントページの続き (71)出願人 597063831 Ｏｎｎｅｒｅｄｓ Ｂｒｙｇｇａ 13 421 57 Ｖｅｓｔｒａ Ｆｒｏｌｕｎｄ ａ Ｓｗｅｄｅｎ (72)発明者 深野 明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 北岡 義隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 龍治 彰 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電粒子を受像体に付着させて画像を形
   成する画像形成装置であって、 画像を形成するための粒子に電荷を付与する帯電手段
   と、 上記帯電手段によって電荷が付与された帯電粒子を担持
   し搬送する担持体と、 上記担持体の帯電粒子搬送位置と対向する位置に配置さ
   れた対向電極と、 上記担持体と対向電極との間に配置され、上記帯電粒子
   が通過するための複数の開口を有する絶縁部材と、 上記絶縁部材の各開口の周囲に設けられた制御電極と、 上記担持体と対向電極との間に該担持体の帯電粒子を対
   向電極に向かって移送させる移送静電界を形成するため
   の電位差を与える移送静電界形成手段と、 画像信号に応じて上記開口周囲の制御電極に電圧を印加
   し上記移送静電界による上記帯電粒子の当該開口におけ
   る通過を制御する電圧制御手段とを備え、 上記制御電極の開口周囲へ広がった面積と該開口の面積
   との和に対する該開口面積の百分率が８％以上である画
   像形成装置。
2. 【請求項２】 帯電粒子を受像体に付着させて画像を形
   成する画像形成装置であって、 画像を形成するための粒子に電荷を付与する帯電手段
   と、 上記帯電手段によって電荷が付与された帯電粒子を担持
   し搬送する担持体と、 上記担持体の帯電粒子搬送位置と対向する位置に配置さ
   れた対向電極と、 上記担持体と対向電極との間に配置され、上記帯電粒子
   が通過するための複数の開口を有する絶縁部材と、 上記絶縁部材の各開口の周囲に設けられた制御電極と、 上記担持体と対向電極との間に該担持体の帯電粒子を対
   向電極に向かって移送させる移送静電界を形成するため
   の電位差を与える移送静電界形成手段と、 画像信号に応じて上記開口周囲の制御電極に電圧を印加
   し上記移送静電界による上記帯電粒子の当該開口におけ
   る通過を制御する電圧制御手段とを備え、 上記電圧制御手段によって上記制御電極に電圧が印加さ
   れたときに、上記担持体が上記帯電粒子の上記開口への
   飛翔を招くように上記制御電極から影響を受ける部分の
   面積に対する上記開口の面積の百分率が８％以上である
   画像形成装置。
3. 【請求項３】 上記担持体は上記帯電粒子を周面に担持
   する円筒状のものであり、 上記担持体が上記制御電極から影響を受ける部分は、該
   担持体の上記開口中心に対応する点を通る接線からの離
   隔距離が５０μｍ以下の範囲に存する請求項２記載の画
   像形成装置。
4. 【請求項４】 上記制御電極は上記開口を取り巻くリン
   グ状に形成されている請求項１又は請求項２記載の画像
   形成装置。
5. 【請求項５】 上記開口面積の百分率が７０％以下であ
   る請求項１又は請求項２記載の画像形成装置。
6. 【請求項６】 上記開口面積が９００π（単位μｍ² ）
   以上である請求項１又は請求項２記載の画像形成装置。
7. 【請求項７】 上記開口面積が１００００π（単位μｍ
   ² ）以下である請求項１又は請求項２記載の画像形成装
   置。
8. 【請求項８】 上記帯電粒子は体積平均粒径が５〜１５
   μｍである請求項６記載の画像形成装置。
9. 【請求項９】 画像形成用の帯電粒子を担持した担持体
   の前面に配置され、該帯電粒子の受像体へ向かう飛翔を
   制御する画像形成ヘッドであって、 上記帯電粒子が通過するための複数の開口を有する絶縁
   部材と、 上記絶縁部材の各開口の周囲に設けられ、各開口におけ
   る上記帯電粒子の通過を制御するための電圧が印加され
   る制御電極とを備え、 上記制御電極に電圧が印加されたときに、上記制御電極
   が上記担持体の帯電粒子に対して上記開口に向かって飛
   翔するように影響を与える部分の開口周囲に広がった面
   積と該開口の面積との和に対する該開口面積の百分率が
   ８％以上である画像形成ヘッド。
10. 【請求項１０】 上記制御電極は上記開口を取り巻くリ
    ング状に形成されている請求項９記載の画像形成ヘッ
    ド。
11. 【請求項１１】 上記開口面積の百分率が７０％以下で
    ある請求項９記載の画像形成ヘッド。
12. 【請求項１２】 上記開口面積が９００π（単位μ
    ｍ² ）以上である請求項９記載の画像形成ヘッド。
13. 【請求項１３】 上記開口面積が１００００π（単位μ
    ｍ² ）以下である請求項９記載の画像形成ヘッド。
14. 【請求項１４】 上記帯電粒子は体積平均粒径が５〜１
    ５μｍである請求項１２記載の画像形成ヘッド。