JPH0592604A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、制御グリッドを介してトナー担持
体と背面電極を対面してなる画像形成装置において、現
像バイアスとともに制御グリッドに印加する制御電圧を
低く設定する事を可能にし、これにより絶縁膜処理、駆
動ＩＣその他のコスト低減を図ると共に、安全性を向上
させた画像形成装置を提供する事を目的とする。 【構成】 本発明は磁性トナーを用いずに非磁性トナー
を用いると共に、トナー担持を摩擦帯電により行なわせ
ようとするもので、導電体表面を絶縁層で被覆したトナ
ー担持体、非磁性トナー、及び摩擦帯電手段を具えてい
る事を要件とする。又請求項２記載の発明においては、
無端状体で形成したトナー担持体の、背面電極対面位置
の回転法高下流側にクリーニング手段を接触配置し、該
クリーニング手段を利用して前記記録材側に飛翔させた
後の残留トナーを除去し、前記摩擦帯電により常に新し
い非磁性トナーがトナー担持体側に付着可能に構成して
いる。を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光体ドラムその他の
潜像担持体を介さずに直接普通紙その他の記録材にトナ
ー像を付着可能に構成した画像形成装置に係り、特に電
磁気的に開閉可能なトナー通過孔をマトリックス状に配
列した制御グリッドを介して、トナーを担持するトナー
担持体と背面電極を対面配置し、該背面電極表面に沿っ
て記録材を移動させながら、画像情報に対応した制御電
圧を前記制御グリッドに印加しながらトナー通過孔を選
択的に開放し、該通過孔を介して前記トナー担持体に担
持したトナーを記録材側に転送可能に構成した画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より潜像担持体として機能する感光
体ドラムを用いずに現像ローラ上に担持させたトナーを
直接、画像情報に対応させてドットパターン状に記録材
上に転送させる画像形成装置は公知であり、（スエーデ
ン国特許願第8704883号他）かかる装置構成を本出願人
が先に出願した図５に示す概要図に基づいて簡単に説明
するに、５０は現像ローラ、５１は該現像ローラ５０を
回転可能に軸支すると共に、下面側に帯状開口５１ａを
形成したトナー容器、５３は前記帯状開口５１ａに張設
したマトリックス状の制御グリッド、５２は該制御グリ
ッド５３と所定空隙介して対面配置させた背面電極、５
４は該背面電極５２に現像電圧を印加する電源回路、５
５は画像情報に対応する信号を生成する制御回路、５６
は該信号に基づいて前記制御グリッド５３をスイッチン
グする駆動回路、５７は底面より付勢されたバネ５７ａ
を介して前記背面電極５２を所定位置に位置決め固定さ
せる支持板である。次にかかる装置の作用を簡単に説明
するに、トナー容器５１内に収納された磁性トナーはド
クターブレード５１ｂにより層厚規制した後制御グリッ
ド５３と対面する現像位置に導かれ、一方該現像位置で
は背面電極５２側に設けた電源回路５４により前記現像
ローラ５０と背面電極５２間に現像電界を印加する。

【０００３】そしてこの状態で、制御回路５５及び駆動
回路５６よりの信号に基づいて該制御グリッド５３をＸ
−Ｙ軸方向に通電制御することにより、該マトリックス
状のトナー通過孔５３ａに作用する現像電界を画像情報
に対応させて選択的に遮断若しくは導通させる事により
前記背面電極５２表面に画像情報に同期させて記録材５
８を挿通させる事により、前記トナー通過孔５３ａを介
して画像情報に対応したトナーが現像ローラ５０より記
録材５８側に転送されながら所定の画像形成が可能とな
る。

【０００４】さてかかる技術によれば前記したように平
板状の背面電極表面に沿って記録紙を移動させながらト
ナー通過孔を介してトナー担持体に担持されたトナーを
選択的に記録紙上に転送させる構成を取るために、言換
えれば前記トナー担持体は背面電極に対し上方位置（重
力方向上流側）に配置する構成を取るために、前記担持
体上のトナーが重力により落下しないようにトナーに所
定の担持力を付勢する必要があり、この為従来装置にお
いては、前記トナーを磁性トナーで形成すると共に、該
トナー担持体に磁石集成体を内包して、該集成体の磁気
力を利用してトナー担持を図っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うに磁気力を利用してトナー担持を図ると、前記現像位
置に印加する現像電界を前記磁界に打ち勝つだけの強い
電界力にせねばならず、即ち背面電極に印加される現像
バイアス電圧が大になり、これに対応させて制御グリッ
ドの制御電圧も大に設定せねばならないために、この結
果該制御グリッドの絶縁膜処理、駆動ＩＣ、及び電源回
路がコストアップにつながるのみならず、安全上も問題
があった。

【０００６】又前記磁石集成体は現像幅方向に均一に磁
力分布を設定するのが困難であり、この為カールソン方
式の磁気ブラシ現像の様に感光体ドラム面を直接摺擦し
得る装置の場合は前記磁力分布の不均一が画像濃度に影
響されないが、本発明の様にトナーを飛翔させて記録材
側に転写させる構成を取る装置にあっては前記磁力分布
の不均一が画像濃度に大きく影響してしまう。

【０００７】又前記技術によれば適切な画像濃度を得る
ために、トナー担持体と背面電極間の現像ギャップを精
度よく維持する必要があるが、前記のように、背面電極
及び制御グリッドが平面状であるにも拘らず、トナー担
持体を構成する現像ローラが円筒状である事は、前記ギ
ャップの高精度化を図ろうとすると結果的に前記現像幅
を狭くせざるを得ず、その分現像速度の低下を招く。か
かる欠点を解消するには、前記トナー担持体に現像ベル
トを用いてトナー担持面をフラットにすればよいが、内
包する磁石集成体を磁界の不均一が生じる事なくフラッ
トにすることは中々困難である。

【０００８】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、現
像バイアスとともに制御グリッドに印加する制御電圧を
低く設定する事を可能にし、これにより絶縁膜処理、駆
動ＩＣその他のコスト低減を図ると共に、安全性を向上
させた画像形成装置を提供する事を目的とする。本発明
の他の目的は画像濃度むらが生じる事なくまたカラー化
への適用が容易な、更には容易に現像幅の拡大が可能な
画像形成装置を提供する事にある。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本第１発明は磁性トナーを
用いずに非磁性トナーを用いると共に、トナー担持を摩
擦帯電により行なわせようとするものである。その為本
発明は導電体表面を絶縁層で被覆したトナー担持体、非
磁性トナー、及び摩擦帯電手段を具えている事を要件と
する。即ち表面を絶縁層で被覆しなければ電荷が逃げ、
トナー担持が不可能になると共に、内部に導電体を有さ
なければ背面電極との間で現像電界が形成しにくい。又
該トナー担持体はローラ部材で形成してもよく、又導電
層の表面に絶縁層を被覆したベルト体で形成してもよ
い。

【００１０】又非磁性トナーは一成分若しくは二成分現
像剤のいずれを用いてもよい。又摩擦帯電手段は、ドク
ターブレードを用いて独立した摩擦帯電手段を用いても
よく、又二成分現像剤の様にキャリアとの摺擦により摩
擦帯電を行なってもよい。

【００１１】しかしながら前記トナーの摩擦帯電のみで
は重力に抗してトナーを担持するのは中々困難である。
そこで本発明は前記トナー担持体を背面電極に対し重力
方向下流側に配し、重力の力と摩擦帯電力の両者により
トナー担持を行なっている。

【００１２】さて前記の様に磁石集成体を用いずに主と
して摩擦帯電を利用してトナー担持を行なう構成では、
現像後の残留トナーが付着している状態で繰り返しトナ
ー摩擦帯電を行なうと帯電している残留トナーと非帯電
状態にある新規トナーとの間で、摩擦帯電力に差が出、
均一帯電を行なう事が困難になる。

【００１３】そこで請求項２記載の発明においては、無
端状体で形成したトナー担持体の、背面電極対面位置の
回転方向下流側にクリーニング手段を接触配置し、該ク
リーニング手段を利用して前記記録材側に飛翔させた後
の残留トナーを除去し、前記摩擦帯電により常に新しい
非磁性トナーがトナー担持体側に付着可能に構成してい
る。

【００１４】さて前記の様に摩擦帯電によりトナー層を
形成すると、トナー担持体に担持されるトナー層は極め
て薄層であるために、背面電極との間の距離をその分狭
小化出来、結果として現像電界も小さく設定出来るが、
逆に前記現像間隔には制御グリッドも配設されるため
に、これらの部材の間隔設定を精度よく保持するのが困
難になる。

【００１５】又前記装置は一成分現像剤、二成分現像剤
のいずれでも適用可能であるが、二成分現像剤の場合
は、例えば導電性キャリアを用いた場合は、トナー担持
体上に担持させる事が不可能であり、又絶縁性キャリア
を用いるとキャリアの担持が可能であるが、キャリアは
トナー粒径より相当大であるために、トナー担持体と背
面電極間の間隔を広くとらなければならずその分現像バ
イアスを大に設定しなければならないと共に、トナー担
持体と背面電極間に絶縁性のキャリアが存在すると、該
キャリアが現像電界を乱す方向に作用し、実用的でな
い。

【００１６】請求項３記載の発明は前記欠点を解消する
と共に、特にトナー担持体と背面電極間の間隔を広く取
りつつ而も現像電界を小さく設定出来るという相反する
要請を満足するもので、その特徴とする所は、図４に示
すように、導電粒子３１の表面に絶縁層３２を被覆した
キャリア３０を用い、そして図３に示すように該キャリ
ア３０をトナー３５と共にトナー担持体４０上に担持さ
せた状態で、該背面電極１１側より現像バイアスを印加
させるよう構成したものである。

【００１７】かかる発明によれば、前記キャリア３０は
導電粒子３１の周囲に絶縁層３２が被覆されている為
に、トナー３５と前記キャリア３０が摩擦帯電しキャリ
ア３０の周囲にトナー３５が付着する。そしてこの状態
で、該キャリア３０が浮き電極として機能し、トナー担
持体とではなく該キャリア３０と背面電極との間で現像
電界が形成される。従ってトナー担持体４０と背面電極
１１間の間隔を広く取った場合でも実際の現像電界距離
は、その担持体上に推積しているキャリア３０と背面電
極１１間距離Ｌとなるために、その分狭小化が可能であ
り、結果として現像電界強度をその分小さく出来る。

【００１８】尚前記キャリア３０に磁性粉を混入し磁性
キャリア３０とすると共に、前記トナー担持体４０に磁
石集成体４１を内包する事により、いわゆるキャリア３
０の穂立てを行なう事が出来、キャリア３０と背面電極
１１間距離の一層の狭小化が可能である。又本発明に用
いるトナー３５は非磁性トナーのみに限定されないが、
非磁性トナーを用いる事により前記第１発明の効果を得
る事が出来る。

【００１９】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２０】図１は本発明の実施例に係る画像形成装置
の概略構成を示し、記録紙の流れ方向に沿ってその構成
を簡単に説明するに、１は給紙カセット、２は該給紙カ
セット１より記録紙を搬送路側に給紙する給紙ローラ、
３はレジストローラ、４は背面電極板１１、制御グリッ
ド１２、現像ローラ１３を含む画像形成ユニット、６は
定着ローラ対、７は分離爪、８は反転ガイド、９は排紙
ローラ、１０は排紙トレーである。

【００２１】画像形成ユニット４は、前記記録紙搬送路
を挟んで上方より背面電極板１１と制御グリッド１２
を、更に該制御グリッド１２の下方に現像ローラ１３を
配設すると共に、前記現像ローラ１３の上面側を除く周
囲をトナー容器１６により囲繞すると共に、該容器１６
の上端部の枠体に制御グリッド１２を固設している。又
背面電極板１１下面側の記録紙挿通方向と直交する記録
紙両端側には該記録紙を位置規制しながら精度よく背面
電極板１１下面側に挿通可能なガイド部材１１１を設け
る。

【００２２】前記現像ローラ１３は金属シャフト１３１
を貫通させた中芯１３２周囲にカーボンを含有させた導
電性ゴム１３３を囲繞させると共に、その表面に耐摩耗
性を有する絶縁層１３４を被覆する。

【００２３】一方前記現像ローラ１３の現像位置より回
転方向下流側にはクリーニングローラ１４が、又現像位
置上流側にはドクターブレード１５が当接されており、
そして該ドクタブレード１５と現像ローラ１３との間に
形成される楔状空間にトナー溜まりが推積可能に矢印方
向に回転するトナー供給ローラ１７、１８が配設されて
いる。尚、クリーニングローラ１４は本実施例に示すよ
うに電界的に残留トナーを引き剥がす導電ローラで形成
してもよいが、ファーブラシ状のブラシローラで形成す
る事も可能である。

【００２４】次に前記本実施例の作用について詳細に説
明する。先ず前記容器１６内にマイナスに帯電する一成
分非磁性トナーを収納した後、前記現像ローラ１３に−
４００Ｖ、前記背面電極板１１に１５００Ｖの現像バイ
アスＶｉを夫々印加させると共に、前記クリーニングロ
ーラ１４に−２００ＶのクリーニングバイアスＶｃを印
加させる。

【００２５】この状態で先ずトナー供給ローラ１７、１
８を矢印方向に回転させてドクタブレード１５の楔状空
間にトナー溜まりを形成した後、前記現像ローラ１３を
回転させる事により、前記トナー溜まりに位置するトナ
ーがドクタブレード１５との間で摩擦帯電されながら層
厚規制され、該層厚規制されたトナー層が前記現像ロー
ラ１３に担持された状態で制御グリッド１２と対面する
現像位置に導かれる。現像位置では前記背面電極板１１
と現像ローラ１３間にトナーの帯電電位と逆極性の現像
電界が形成されると共に、制御パルス信号Ｐに基づいて
制御グリッド１２をＸ−Ｙ軸方向に通電制御することに
より、該マトリックス状のトナー通過孔１２ａに作用す
る現像電界を画像情報に対応させて選択的に遮断若しく
は導通させる事が出来、これによりレジストローラ３を
介して前記背面電極１１表面に挿通された記録紙に、重
力に抗して現像ローラ１３より飛翔されたトナーが記録
紙側に付着し、所定の画像形成が可能となる。

【００２６】そして前記現像終了後現像ローラ１３上に
残留されたトナーはクリーニングローラ１４に印加され
ているクリーニングバイアスを利用して前記現像ローラ
１３表面の残留トナーを除去し、以下前記動作を繰り返
す。

【００２７】又本発明は前記の様に現像ローラを用いず
に、図２に示すように現像ベルトを用いる事も可能であ
る。その構成を前記実施例との差異を中心に説明する
に、画像形成ユニット４’は、前記記録紙搬送路を挟ん
で上方より背面電極板１１と制御グリッド１２を配設し
た点については前記従来技術と同様であるが、該制御グ
リッド１２の下方に一対のローラ２４、２５により張架
された現像ベルト２３をほぼ水平方向に平行に配設する
と共に、前記現像ベルト２３の上面側を除くベルト２３
周囲をトナー容器２６により囲繞している。

【００２８】前記現像ベルト２３はベルト周回方向下流
側のバネ２７が付勢されたテンションローラ２１と、又
上流側の周回ローラ２２とにより張架されており、そし
て該ベルト２３を介して制御グリッド１２と対面するベ
ルト２３の背面側に、導電性の現像電極板２８が配設さ
れており、該電極板２８を介して前記現像ベルト２３に
ー４００Ｖの電圧を印加させる。

【００２９】一方前記テンションローラ２４にはベルト
２３を挟んでしたファーブラシ状のクリーニングローラ
１４が配設されている。かかる実施例においては、制御
グリッド１２及び背面電極板１１とともに現像ベルト２
３の平面部位が平行で且つ平面状に形成しているため
に、現像幅を前記ベルト２３の平面部位と同等に設定出
来、これにより画像鮮明度の向上と記録速度の高速化が
可能となる。

【００３０】図３は、２成分現像剤に用いる画像形成装
置の要部構成で、前記実施例との差異を中心に説明する
に、現像ローラ４０は表面に絶縁被膜を施した中空非磁
性スリーブ管、例えばアルマイト処理したアルミ管で形
成すると共に、該スリーブ４０内に固定磁石集成体４１
を内包する。尚現像ローラ４０は単にキャリア３０を磁
気的に保持させるものであるから前記実施例の様に−４
００Ｖの電圧も印加させず且つ接地の必要もない。クリ
ーニングローラ４４は非磁性トナー３５と共に、磁気的
に担持されたキャリア３０を引き剥がすためにファーブ
ラシ状のクリーニングブラシローラを用いると共に、特
に前記実施例と異なり引き剥がし用電圧は印加しない。
又ドクタブレード４５は現像ローラ４０と接触される事
なく微小間隔で離間させている。そして本実施例には磁
性キャリア３０と非磁性トナー３５からなる現像剤を用
いている。

【００３１】図４は本実施例に用いるキャリア３０を示
す模式図であり、磁性粉３３がバインダー樹脂中に均一
に分散されてなるキャリア母粒子３１の表面にトナー３
５と逆極性のプラス帯電しやすく、而も耐摩耗性の高い
絶縁性コーティング層３２を被覆している。尚、該キャ
リア３０の粒径は、５０〜１００μｍとトナー粒径より
３〜１０倍前後に設定するのがよい。

【００３２】次に前記本実施例の作用について詳細に説
明する。先ず前記容器内にマイナスに帯電する一成分非
磁性トナー３５を収納した後、前記背面電極板１１に１
０００Ｖの現像バイアスを印加させた後、トナー供給ロ
ーラ１７、１８を矢印方向に回転させてドクタブレード
１６の楔状空間にキャリア３０と共にトナー３５を推積
させつつ、前記現像ローラを回転させる事により、前記
キャリア３０とトナー３５がドクタブレード２５との微
小間隔内に互いに摺擦されて摩擦帯電されながらキャリ
ア３０周囲にトナー３５が吸着された状態で層厚規制さ
れ、該層厚規制されたキャリア３０が固定磁石集成体４
１の磁気力を利用して前記現像ローラに担持された状態
で制御グリッド１２と対面する現像位置に導かれる。

【００３３】現像位置では前記磁石集成体４１の磁気力
によりキャリア３０が疑似的に穂立てを行ないながら制
御グリッド１２側に近接させた状態で背面電極板１１に
印加された現像電圧によりキャリア３０と背面電極板１
１間に現像電界が形成されると共に、制御パルス信号に
基づいて制御グリッド１２をＸ−Ｙ軸方向に通電制御す
ることにより、該マトリックス状のトナー通過孔１２ａ
に作用する現像電界を画像情報に対応させて選択的に遮
断若しくは導通させる事が出来、これによりレジストロ
ーラ３を介して前記背面電極１１表面に挿通された記録
紙に、重力に抗して現像ローラ４０より飛翔されたトナ
ー３５を記録紙側に付着させる事が出来る。

【００３４】そして前記現像終了後現像ローラ１３上に
保持されているキャリア３０はクリーニングブラシロー
ラ４４の摺擦によりトナー容器４６側に掃き落とされ、
以下前記動作を繰り返す。

【００３５】

【効果】以上記載した如く本第一発明によれば、磁性ト
ナーを用いずに非磁性トナーを用いると共に、トナー担
持を摩擦帯電により行なわせるものであるから、現像バ
イアスとともに制御グリッドに印加する制御電圧を低く
設定する事を可能にし、これにより絶縁膜処理、駆動Ｉ
Ｃその他のコスト低減を図ると共に、安全性を向上させ
る事が出来る。又本発明は磁石集成体を用いずに摩擦帯
電により画像形成を行なうものであるから、画像濃度む
らが生じる事がない。又磁性トナーではなく非磁性トナ
ーを用いるものであるから前記画像形成ユニットを記録
紙搬送方向に沿って複数個配列してカラー化に対応させ
る事も可能であり、カラー化への適用が容易である。又
現像ローラのみならず現像ベルトも用いる事が出来るた
めに容易に現像幅の拡大が可能である。又請求項３記載
の第二発明は絶縁層を被覆した導電キャリアを用いて、
トナー担持体と背面電極間の間隔を広く取りつつ而も現
像電界を小さく設定出来 結果として現像電界強度をそ
の分小さく出来、安全性とコスト低減につながる。等の
種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】一成分現像剤を用いた本発明の実施例にかかる
画像形成装置の全体構成図

【図２】一成分現像剤を用いた本発明の他の実施例にか
かる画像形成装置の要部構成図

【図３】二成分現像剤を用いた本発明の実施例にかかる
画像形成装置の全体構成図

【図４】図３の装置に用いるキャリアの模式図

【図５】従来技術にかかる画像形成装置の全体構成図

【符号の説明】

１３、２３、４１ トナー担持体 １２ 制御グリッド １１ 背面電極 １５ 摩擦帯電手段 ３０ キャリア

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電磁気的に開閉可能なトナー通過孔群を
   略マトリックス状に配列してなる制御グリッドを介し
   て、トナー担持体と、表面を記録材が移動可能な背面電
   極とを対面配置してなる画像形成装置において導電体の
   表面を絶縁層で被覆したトナー担持体を背面電極に対し
   重力方向下流側に配し、摩擦帯電により前記トナー担持
   体上に非磁性トナーを担持させた後、該トナー担持体と
   背面電極間に現像電界を印加させた状態で、制御グリッ
   ドを介して背面電極表面に沿って移動する記録材上に重
   力に抗して前記非磁性トナーを飛翔可能に構成した事を
   特徴とする画像形成装置
2. 【請求項２】 前記無端状体で形成したトナー担持体
   の、背面電極対面位置の回転方向下流側にクリーニング
   手段を接触配置し、該クリーニング手段を利用して前記
   記録材側に飛翔させた後の残留トナーを除去し、前記摩
   擦帯電により常に新しい非磁性トナーがトナー担持体側
   に付着可能に構成した画像形成装置
3. 【請求項３】 電磁気的に開閉可能なトナー通過孔群を
   略マトリックス状に配列してなる制御グリッドを介し
   て、トナー担持体と、表面を記録材が移動可能な背面電
   極とを対面配置してなる画像形成装置において導電粒子
   の表面に絶縁層を被覆したキャリアを含む二成分現像剤
   を用い、該キャリアをトナーと共にトナー担持体上に担
   持させた状態で、背面電極側より現像バイアスを印加可
   能に構成した事を特徴とする画像形成装置
4. 【請求項４】 トナーを非磁性トナーとし、一方前記キ
   ャリアを磁性キャリアとした二成分現像剤を用いた請求
   項３記載の画像形成装置