JPH06328768A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で、必要な画像濃度、コントラス
トおよび印字速度を得ることが可能な、トナー供給効率
が高いトナー供給手段を備えた画像形成装置を提供する
こと。 【構成】 本画像形成装置は、帯電したトナーの流れを
制御するアパチャ電極体１と、前記トナーを担持し、そ
のトナーを前記アパチャ電極体１に対して供給するトナ
ー担持ローラ１３とを備え、更にはトナー担持ローラ１
３のトナー担持面を誘電体部である樹脂部１５と導体部
１４とで構成するとともに、任意の場所の導体部１４に
対して、選択的に電圧を印加する電圧印加手段を備える
ことにより、トナー供給効率を高くできる方のみに選択
的に帯電トナーを担持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ、プ
ロッタ、ファクシミリなどに利用し得る画像形成装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置の１つとして、複数
の開口部（以下、アパチャと称する）が形成された電極
を用いて、その電極に対して画像データに基いて電圧を
印加し、トナー粒子が前記アパチャを通過し得るよう制
御して、通過したトナー粒子により支持体上に画像を形
成するものが、米国特許第３６８９９３５号の明細書に
おいて開示されている。

【０００３】この画像形成装置は、絶縁体よりなる平板
と、この平板の一方の面に形成される連続した基準電極
と、他方の面に形成される互いに絶縁された複数の制御
電極とからなり、前記各制御電極毎に前記３者を貫いて
少なくも１列のアパチャが形成されたアパチャ電極体
と、前記基準電極と制御電極との間に選択的に電位を与
える手段と、印加された電位によってアパチャを通過す
るトナー粒子の流れが変調されるよう帯電したトナー粒
子を供給する手段と、支持体とアパチャ電極体が相対的
に移動し得るよう支持体を粒子流路中に位置決めする手
段とから構成されている。

【０００４】また、例えば米国特許第４７４３９２６
号、同４７５５８３７号、同４７８０７３３号、および
同４８１４７９６号の明細書には、アパチャ電極体が支
持体側に制御電極、トナー供給側に基準電極を向けて配
設された画像形成装置が開示されている。

【０００５】これに対して、米国特許第４９１２４８９
号の明細書には、アパチャ電極体を支持体側に基準電
極、トナー供給側に制御電極を向けて配設することによ
り、オフ時に制御電極に対して印加される電圧を、上記
米国特許に開示される画像形成装置に比べて１／４程度
に抑えることができることが記載されている。

【０００６】ここにおいて、前記オフ時とは、支持体上
にトナー粒子を付着させない時、すなわち画像の空白部
分を形成する時点を意味するものであり、逆にオン時と
言えば、支持体上にトナー像を形成する時点を意味する
ものである。

【０００７】また、上述したような従来の画像形成装置
に於いて、トナー粒子を供給する手段としては、表面が
平滑、或いは適当な粗さをもった平面状、またはブラシ
状で、前記開口部付近まで搬送される途中の帯電したト
ナーを一時的に担持するトナー担持体を備え、適当なト
ナー帯電手段によって帯電されたトナーをこのトナー担
持体上に担持し、このトナーを機械的、または電磁気的
な力によって開口部近傍まで供給するような構成のもの
が一般的に用いられていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の画像形成装置に於いては、トナー担持体
表面を金属などの導体で構成した場合、樹脂とは異なり
摩擦帯電による静電引力を担持のために使うことができ
ないので、平滑面では担持量が非常に少なくなるため、
トナー供給効率が悪くなり、必要な画像濃度やコントラ
スト・印字速度を得ることができなかった。このため、
通常はサンドブラスト、エッチング、ローレット、溝形
成等の表面形状処理を行い、これらによってできた凹凸
にトナーを埋め込むようにして担持量をかせいでいた
が、この方法では２つの問題点が生じていた。

【０００９】まず第１の問題点としては、上記のような
表面形状処理を施す場合、事前に鏡面仕上げ等の平滑化
処理を施しておかないと、外形切削時の切削痕が表面形
状処理後にも残ってしまい、表面形状処理の有効性が十
分に発揮されないことである。

【００１０】次に、第２の問題点としては、上記のよう
な表面形状処理を施す場合、熱変形によりトナー担持体
の中心軸に振れが生じ、トナー担持体のトナー搬送速度
に同期した周期的な画像濃度ムラが生じることである。

【００１１】また、上述したような従来の画像形成装置
に於いては、トナー担持体の表面と、帯電したトナーと
の間には、いったんトナーが担持されてしまうとトナー
自身の電荷による鏡像力が引力として生じ、これが大き
すぎると、印字時にトナーをトナー担持体表面から離脱
させるのが困難となり、その結果トナー供給効率が悪く
なり、必要な画像濃度やコントラスト・印字速度を得る
ためには、前記アパチャ電極体を駆動する電圧を高くし
なければならず、したがって画像形成装置のコストが上
昇してしまっていた。

【００１２】この鏡像力は、トナー担持体表面の材質に
よって強度や性質が大きく異なり、トナー担持体表面が
樹脂等の誘電体である場合、トナー自身の帯電電荷によ
る鏡像力は、トナー担持体が金属等の導体である場合と
比べると、樹脂の比誘電率をε_r としたときに（ε_r-
１）／（ε_r+１）倍となり、例えばε_r=３．０の樹脂を
用いると鏡像力は金属の２分の１になるので、樹脂等の
誘電体を用いた方がトナーの供給効率が良くなると推定
される。

【００１３】しかしながら、誘電体をトナー担持体表面
に用いた場合、他の部材との接触や摩擦によって帯電し
やすいため、この帯電電荷とトナーの帯電電荷が非常に
大きな相互作用を示し、両者の極性が異なる場合は強い
吸引力となり、かえって金属の場合よりも強固に付着し
てしまうために非常に大きな制御電極駆動電圧が必要と
なってしまい、極性が同じ場合には強い反発力のために
トナーがトナー担持体表面に担持されなくなり、トナー
担持体としての用を為さなくなってしまった。本発明
は、上述した問題点を解決するためになされたものであ
り、簡易な構成で、必要な画像濃度、コントラストおよ
び印字速度を得ることが可能な、トナー供給効率が高い
トナー供給手段を備えた画像形成装置を提供することを
目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の画像形成装置は、帯電したトナーの流れを制
御するトナー流制御手段と、前記トナーを担持し、その
トナーを前記トナー流制御手段に対して供給するトナー
供給手段とを備えるものであり、更には、前記トナー供
給手段は、トナーを担持する表面が誘電体部と導体部と
で構成されたトナー担持体を有している。

【００１５】また、前記トナー担持体の任意の場所の導
体部に対して、選択的に電圧を印加する電圧印加手段を
備えていても良い。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置に於
いては、トナー担持体表面の誘電体部と導体部との間に
生ずる電界によって、誘電体部または導体部のうち、ト
ナー流制御手段に対してトナーを供給する時に供給効率
を高くできる方のみに選択的に帯電トナーを担持するこ
とができる。また、この場合、トナーを担持するための
駆動力は、誘電体部表面と導体部表面の間の電位差によ
り生ずる電界のみであるため、トナー担持ローラ表面に
複雑な処理を施すことなく十分な担持量を得ることがで
きる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照しながら説明する。

【００１８】図１は、本発明の画像形成装置の概要を示
す図であり、トナー流制御手段としてのアパチャ電極体
１の上側には、１ｍｍの間隙を有して、円柱状の背面電
極ローラ２２がシャーシ（図示せず）に回動可能に配設
されており、前記間隙に挿入される支持体２０を搬送し
得るように構成されている。また、前記アパチャ電極体
１の下側には、そのアパチャ電極体１の長手方向に沿っ
て、トナー供給装置１０が配設されており、更には、前
記背面電極ローラ２２によって搬送される支持体２０の
進行先には定着装置２６が配設されている。

【００１９】次に、上記各構成要素の詳細を説明する
と、前記トナー供給装置１０は、装置全体のハウジング
を兼ねるトナーケース１１と、そのトナーケース１１内
に収納されるトナー１６と、供給ローラ１２と、トナー
担持ローラ１３と、帯電ブレード１８とから構成されて
いる。ここにおいて、前記トナー担持ローラ１３はトナ
ー１６を担持し、アパチャ電極体１に向かって搬送する
ものであり、前記供給ローラ１２は、トナー担持ローラ
１３に対してトナー１６を供給するものである。そし
て、前記供給ローラ１２は、トナーケース１１に対して
図示する矢印方向に回転可能に支持されており、トナー
担持ローラ１３とは互いに接した状態で平行に配設され
ている。また、前記帯電ブレード１８は、トナー担持ロ
ーラ１３に担持されるトナー１６の量がローラ面上で均
一になるよう調整するとともに、そのトナー１６を均一
に帯電させるためのものであり、トナー担持ローラ１３
に圧接されている。

【００２０】また更に、トナー担持ローラ１３は、金属
芯棒１７の周囲に、導体部１４及び樹脂部１５とから構
成されている担持層１９が外接するように構成されてい
る。この樹脂部１５は、トナー１６の帯電電荷と同極性
に帯電しやすい材質が選択され、例えば、トナー１６が
マイナス帯電の場合、フッ素系樹脂等を用いることがで
き、その厚さは数μｍ〜数ｍｍの間で選択できる。ま
た、導体部１４は、金属等で構成され、その厚さは樹脂
部１５と同一であり、電気的に金属芯棒１７と短絡して
いる。

【００２１】また、担持層１９はトナーケース１１に対
して図示する矢印方向に回転可能に支持されている。こ
こで、担持層１９は単独で回転してもよいし、金属芯棒
１７とともに回転してもよい。この場合、導体部１４と
金属芯棒１７とは導電性接着剤で接着されていてもよい
し、一体形成されていてもよい。

【００２２】なお、図１に於いて、トナーケース１１、
供給ローラ１２の中心軸、及び金属芯棒１７は浮動電位
を持たないようアースに接続されている。したがって、
前記導体部１４もまた接地されている。

【００２３】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に厚さ２５μｍのポリイミド製の絶縁シート２に直径１
００μｍの複数のアパチャ６が１列に形成され、且つ上
面に厚さ１μｍの制御電極４が各アパチャ６毎に形成さ
れたものである。そして、前記アパチャ電極体１は、図
１に示すように支持体２０側に制御電極４を対向させた
状態で、絶縁シート２のアパチャ位置でトナー担持ロー
ラ１３に対して圧接されている。

【００２４】ここにおいて、前記アパチャ電極体１のア
パチャ６とトナー担持ローラ１３との位置関係の詳細を
説明すると、図３に示すように、各アパチャ６は各々の
中心線３０がトナー担持ローラ１３の周面の最上部分
と、トナー担持ローラ１３の中心軸３２とを通過するよ
うに配置されている。これによれば、各アパチャ６は、
トナー担持ローラ１３の周面の最上部分を基準として、
左右に均等に配置されることにより、各アパチャ６を通
過するトナー１６の分布をアパチャ内の全域で均一にす
ることができる。また、アパチャ６の壁面とトナー１６
の飛翔方向とが平行であるため、安定してトナーを飛翔
させることができる。

【００２５】更には、アパチャ電極体１自体は、図３に
示すようにトナー担持ローラ１３に対して、アパチャ６
を中心として左右に同じ角度だけたわむように圧接され
ている。これにより、アパチャ電極体１とトナー担持ロ
ーラ１３の担持層１９との接触面積を大きくすることが
できるとともに、アパチャ６の下部周辺を左右均一に圧
接することができるため、トナーの濃度むらが発生する
ことを極力抑えることができる。

【００２６】また、前記制御電極４とトナー担持ローラ
１３の金属芯棒１７との間には、制御電圧印加回路８が
接続されている。この制御電圧印加回路８は、画像信号
に基いて制御電極４に対して０Ｖ、もしくは＋３５Ｖの
電圧を印加するように構成されている。

【００２７】更には、前記背面電極ローラ２２とトナー
担持ローラ１３の金属芯棒１７との間には直流電源２４
が接続されており、この直流電源は前記背面電極ローラ
２２に対して＋１ｋＶの電圧を印加し得るようになって
いる。

【００２８】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作を説明する。

【００２９】まず始めに、担持層１９と供給ローラ１２
の図１に示す矢印方向の回転により、供給ローラ１２か
ら送られてくるトナー１６は担持層１９に擦りつけら
れ、マイナスに帯電させられて担持層１９上に担持され
る。担持されたトナー１６は、帯電ブレード１８によっ
て薄層化されるとともに帯電された後、担持層１９の回
転によってアパチャ電極体１に向かって搬送される。

【００３０】ここで、担持層１９を構成する樹脂部１５
は、供給ローラ１２及びトナー１６との摩擦によってマ
イナスに帯電し、アースされている導体部１４との間に
電界が生じ、この電界によって、マイナスに帯電してい
るトナー１６は樹脂部１５には付かず、導体部１４のみ
に選択的に付着する。

【００３１】このとき、導体部１４と樹脂部１５との間
に生ずる電界強度が強ければ強いほど、導体部１４に付
着するトナー１６の量が多くなるので、樹脂部１５の材
質さえ適切に選択すれば、導体部１４及び樹脂部１５に
サンドブラスト等の表面形状処理を施すことなく、十分
な担持量を得ることができる。

【００３２】そして、担持層１９上のトナーはアパチャ
電極体１の絶縁シート２に擦られつつアパチャ６の下に
供給される。

【００３３】ここで、画像信号に応じて、その画像部分
に対応する制御電極４には、制御電圧印加回路８から＋
３５Ｖの電圧が印加される。その結果、画像部分に対応
するアパチャ６の近傍には、制御電極４と担持層１９の
トナーを担持した部分との間の電位差により、制御電極
４よりトナー担持ローラ１３に向かう電気力線が形成さ
れる。それにより、マイナスに帯電されたトナーは電位
の高い方向に静電力を受け、担持層１９上からアパチャ
６を通過して制御電極４側に引き出される。引き出され
たトナー１６は、更に、背面電極２２に印加されている
電圧によって支持体２０とアパチャ電極体１との間に形
成される電界により、支持体２０に向かって飛翔し、支
持体２０上に堆積して画素を形成する。

【００３４】また、非画像部分に対応する制御電極４に
は、制御電圧印加回路８から０Ｖの電圧が印加される。
その結果、担持層１９のトナーを担持した部分と制御電
極４との間には電界が形成されないことにより、担持層
１９上のトナー１６は静電力を受けないためアパチャ６
を通過しない。

【００３５】更には、支持体２０は、その面上にトナー
１６により１列の画素が形成される間に、アパチャ列と
垂直の方向に１画素分送られる。そして、上記のプロセ
スを繰り返すことにより支持体２０の全面にトナー像が
形成される。その後、形成されたトナー像は、定着装置
２６によって支持体２０上に定着される。

【００３６】上記のように構成される画像形成装置にお
いて、絶縁性トナーを用いれば、トナー担持ローラ１３
と制御電極４の間の絶縁性が保たれ、アパチャ６が絶縁
破壊することがない。

【００３７】上記のプロセスにおいて、制御電極４によ
る制御電界は、制御電極４とアパチャ６の内部、および
そのアパチャ６と対向するトナー担持ローラ１３のトナ
ー担持面との間に形成されるので、担持されるトナー１
６に直接、制御電界を印加できるため、制御効率がよ
い。

【００３８】また、供給されるトナー１６の一部が、ア
パチャ電極体１との摺動で機械的な力等を受け、非画像
部に対応するアパチャ６内に進入しても、アパチャ６内
部の電界でアパチャ６を通過しないよう制御できるた
め、トナーの制御性が良い。

【００３９】更には、トナー担持ローラ１３とアパチャ
電極体１はトナー層を挟んで対向しているので、比較的
近距離に配置することができることにより、制御電圧を
低くでき、安価な駆動素子を使用することができる。

【００４０】また、アパチャ電極体１の絶縁性シート２
はトナー担持ローラ１３側に向けられているので、トナ
ー供給系の不具合でトナー担持ローラ１３上にトナー１
６が存在しない場合でも、制御電極４とトナー担持ロー
ラ１３が接触して電気的に短絡し、駆動素子を壊すこと
はない。

【００４１】また、アパチャ電極体１とトナー担持ロー
ラ１３上のトナー１６とは、アパチャ６の入口部分で接
触していることにより、アパチャ６の入口部分に堆積す
るトナー１６は、トナー担持ローラ１３により順次供給
されるトナーにより押し流されるため、トナー１６が堆
積、架橋してアパチャ６を塞ぐことが無い。

【００４２】尚、本発明は、以上詳述した実施例に限定
されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲におい
て、種々の変更を加えることが可能である。

【００４３】なお、同一の作用を奏するものには同一の
符号を付して説明する。

【００４４】例えば、上記実施例では非画像部分に対応
するアパチャの制御電圧を０Ｖとしたが、これは負の電
圧であっても良い。この場合、よりかぶりの少ない画像
を得ることができる。また、上記実施例においては、ト
ナー流制御手段としてアパチャ電極体を用いたが、例え
ば、米国特許第５０３６３４１号の明細書に記載される
ような編目状の電極体を用いることも可能である。

【００４５】また、上記実施例では、導体部は接地され
ていたが、適当な電源と接続してもよい。図４は、この
ような変形例の構成を示す図であり、導体部１４は導体
部駆動電源４１によって、任意の電圧を印加できるよう
構成されている。この場合、例えば導体部１４にＡＣ電
圧及びＤＣ電圧を重畳して印加することによって、アパ
チャ６の直下における導体部１４からのトナー離れを促
進し、トナー供給効率を高めることが可能となる。ま
た、樹脂部１５として、供給ローラ１２と摩擦したとき
に帯電性が極めて小さくなるような、帯電列で供給ロー
ラ１２と近い材質を選択した場合、トナー１６の電荷と
逆極性の電圧を導体部１４に印加することによっても、
上記実施例と同様の効果でトナー１６を選択的に導体部
１４上のみに担持することができる。

【００４６】また、図５に示すように、樹脂部１５側に
トナー１６を担持するよう担持層１９を構成してもよ
い。樹脂部１５としては、供給ローラ１２と摩擦したと
きに帯電性が極めて小さくなるような帯電列で供給ロー
ラ１２と近い材質を選択し、トナー１６の電荷と同極性
の電圧を導体部駆動電源４１により導体部１４に印加す
ることによってトナー１６を選択的に樹脂部１５上のみ
に担持することができる。

【００４７】また、図６に示すように、導体部１４の一
部と、残りの導体部１４とに異なる電圧を印加できるよ
うな構成にしてもよい。

【００４８】図６に於いて、担持層１９は、一本の溝を
有する円柱状のトナー担持電極３７及び、この溝にはめ
込まれ、トナー担持電極３７と互いに絶縁されたトナー
開放電極３９で構成された一つの円柱状部材に外接する
よう構成されている。また、トナー担持電極３７は回転
不能に固定され、担持層１９がその周囲を摺動しながら
回転できるよう配置されている。トナー担持電極３７は
担持電極制御回路４５に、トナー開放電極３９は開放電
極制御回路４３にそれぞれ制御されている。トナー担持
電極３７に０Ｖまたはトナー１６の電荷と逆極性の電圧
を印加し、トナー開放電極３９にトナー１６の電荷と同
極性の電圧を印加すれば、より多量の担持量と効果的な
トナー吸着力開放が達成され、よりトナー供給効率が高
くなる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の画像形成装置によれば、トナー担持体表面の誘電
体部と導体部との間に生ずる電界によって、誘電体部ま
たは導体部のうち、トナー流制御手段に対してトナーを
供給する時に供給効率を高くできる方のみに選択的に帯
電トナーを担持することができることにより、トナー供
給効率が極めて良いため、必要な画像濃度、コントラス
トおよび印字速度を容易に得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の構成を具体化した一実
施例を示す図である。

【図２】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体の構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体とトナー担持ローラとの構成を模式的に表す図であ
る。

【図４】本発明の第１変形例を示す図である。

【図５】本発明の第２変形例を示す図である。

【図６】本発明の第３変形例を示す図である。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 ２ 絶縁性シート ４ 制御電極 ６ アパチャ １３ トナー担持ローラ １４ 導体部 １５ 樹脂部 １９ 担持層 ２２ 背面電極ローラ ２４ 直流電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナーの流れを制御するトナー
   流制御手段と、 前記トナーを担持し、そのトナーを前記トナー流制御手
   段に対して供給するトナー供給手段とを備える画像形成
   装置において、 前記トナー供給手段は、トナーを担持する表面が誘電体
   部と導体部とで構成されたトナー担持体を有することを
   特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記トナー担持体の任意の場所の導体部
   に対して、選択的に電圧を印加する電圧印加手段を備え
   たことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。