JPH07261582A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受像紙上に直接形成したトナー像を乱すこと
のない、高精細な印字が可能で安価な画像形成装置を提
供すること。 【構成】 本画像形成装置は、支持体上に形成されたト
ナー像を軽く融着させるための非接触型の第１定着装置
と、少なくともその第１定着装置以上の温度で加熱する
第２定着装置とを備えている。

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づいて電圧
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、従来広く用いられて
いる電子写真方式の画像形成装置に比べて、以下のよう
な特徴を有している。

【０００４】電子写真方式に於いては、感光体を用いて
おり、この感光体上を一様に帯電し、続いて静電潜像を
形成し、この潜像を粉体上のトナーで顕像化し、感光体
上に付着したトナー像を受像紙上に転写し、これを熱定
着、もしくは圧力定着して受像紙上に目的の画像を形成
するが、これに対して、上述したような開口部でトナー
流を制御する画像形成装置に於いては、目的のトナー像
を受像紙上に直接形成することができるので、画像形成
プロセスが簡素化されており、装置を小型化することが
有利である。特に、このプロセスに於いては感光体が必
要でなくなるので、装置の耐久性が向上し、またトナー
のみを補給すれば良いのでエコロジーの面からも有利で
ある。

【０００５】また、電子写真方式に於いては、感光体上
に形成された静電潜像を粉体トナーで顕像化するプロセ
スに於いて、潜像が完全にトナー像に転写されるわけで
はなく、多少のノイズを含んで顕像化され、顕像化され
たトナー像を受像紙上に転写するプロセスに於いても感
光体上のトナー像が完全に受像紙上に転写されるわけで
はないので、ここに於いても多少のノイズが入り込み、
受像紙上のトナー像を定着するプロセスに於いても、通
常は高温のヒートローラを接触させることによって定着
しているので、この接触、及び受像紙とヒートローラと
の間の滑りなどによって定着前のトナー像が乱される。

【０００６】このように、電子写真方式に於いては、計
３回のプロセスに於いて、次第に初期の静電潜像から画
像が乱されていく（情報のエントロピーが増大する）の
に対して、上述したような開口部でトナー流を制御する
画像形成装置に於いては、受像紙上に直接顕像（トナー
像）が形成されるので、この像を乱すような要因は定着
プロセスしかなく、したがって電子写真方式よりも高精
細な画像を形成することができる。

【０００７】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とを相対
的に移動させて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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の開口部でトナー流を制御する画像形成装
置に於いても、定着プロセスに於いて、初期に形成され
たトナー像が乱されることがあり、例えば開口部の配列
を６００ＤＰＩとしても、定着プロセスでヒートローラ
がトナー像に接触してこれを乱し、結局は２００ＤＰＩ
相当の画像しか形成できない、というような問題が生じ
た。これは、特にフルカラー化するときに大きな問題点
となる。

【００１２】すなわち、白黒のモノカラーの場合は、上
記のような問題が生じても、２００ＤＰＩ相当の画像を
得るためには６００ＤＰＩ相当の開口列を形成すること
になるが、フルカラーで４色を重ねる場合、１画素を４
ドットで形成するため、画素を２００ＤＰＩで出力する
ためには、１色あたりの解像度は600×4＝2400ＤＰＩの
開口列を形成しなければならず、製造コストが非常に高
くなってしまうという問題が生じた。

【００１３】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、受像紙上に直接形成したトナー
像を乱すことのない、高精細な印字が可能で安価な画像
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
御して支持体上に所望のトナー像を形成するするトナー
流制御手段と、そのトナー流制御手段に対してトナーを
供給するためのトナー供給手段とを備える画像形成装置
であって、前記支持体上に付着したトナーを、このトナ
ーの主成分である熱可塑性樹脂またはトナーの添加剤で
あるワックス成分のガラス転移温度以上の温度に加熱す
るための第１定着装置と、この第１定着装置を経た支持
体上のトナーに対して、少なくとも前記第１定着装置以
上の温度で加熱するための第２定着装置とを備えたこと
を特徴とする。

【００１５】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置によ
れば、第１定着装置において、少なくとも、粉体状で外
力により相互の位置がずれ易い状態のトナー同士が弱く
融着する程度の熱、好ましくはトナーの主成分である熱
可塑性樹脂または添加剤であるワックス成分のガラス転
移温度以上の熱が支持体上のトナーに与えられるので、
ここでトナーは半練りの状態になり、引き続いて第２定
着装置によって完全に支持体または受像紙上に定着さ
れ、付着したトナーの相互の位置が乱れることがなく、
文字や像の太り、白地かぶりなどの印字不良を起こすこ
となく、高精細な画像を形成することができる。

【００１６】

【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。

【００１７】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
電極としての背面電極ローラ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、第１定着装置２５
及び第２定着装置２６が配設されている。

【００１８】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
担持体としてのトナー担持ローラ１４と、トナー層規制
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１４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１４に対してトナー１６
を供給するものである。

【００１９】そして、前記供給ローラ１２とトナー担持
ローラ１４は、トナーケース１１に図示する矢印方向に
回転可能に支持されており、両者は接した状態で平行に
配設されている。また、前記トナー層規制ブレード１８
は、トナー担持ローラ１４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１４に圧接されている。

【００２０】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
れたものであり、アパチャ６および制御電極４により制
御部が構成される。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１４に対して圧接されている。

【００２１】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１４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１４の周面の最上部分
と、トナー担持ローラ１４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１４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。

【００２２】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１４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１４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。

【００２３】また、前記制御電極４とトナー担持ローラ
１４の間には、制御電圧印加手段としての制御電圧印加
回路８が接続されている。この制御電圧印加回路８は、
画像信号に基づいて制御電極４に対して０Ｖ、もしくは
＋５０Ｖの電圧を印加するように構成されている。

【００２４】更には、前記背面電極ローラ２２とトナー
担持ローラ１４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。

【００２５】次に、本発明の要部である定着部の構成を
図１を参照しながら説明する。

【００２６】第１定着装置２５は、赤外線ランプまたは
キセノンフラッシュランプ等、非接触で輻射熱により加
熱する非接触型の加熱装置で構成されており、トナーを
少なくとも主成分である熱可塑性樹脂または添加剤であ
るワックス成分のガラス転移温度以上に加熱することに
よって、トナー内に含まれる樹脂もしくはワックス成分
がトナー表面で粘着性を示し、トナー同士及びトナーと
支持体２０とがワックスによって付着する。

【００２７】第２定着装置２６は、熱ロール定着器を用
いることができるが、上述したような赤外線ランプまた
はキセノンフラッシュランプ等の非接触型の加熱装置を
用いてもよい。この第２定着装置２６に於いては、前記
第１定着装置２５を経た支持体２０上のトナーに対し
て、トナー主成分である熱可塑性樹脂の流出開始温度以
上に加熱し、支持体２０上にトナー像を定着する。

【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、トナー担持ローラ１４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はトナー担持ロー
ラ１４に擦りつけられ、マイナスに帯電させられてトナ
ー担持ローラ１４上に担持される。担持されたトナー１
６は、層規制ブレード１８によって薄層化されるととも
に帯電された後、トナー担持ローラ１４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。そして、トナ
ー担持ローラ１４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。

【００３０】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＋
５０Ｖ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とトナー担持ロ
ーラ１４の間の電位差により、制御電極４よりトナー担
持ローラ１４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、トナー担持ローラ１４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。

【００３１】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、トナー担持ローラ１４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、トナー担持ローラ１
４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。

【００３２】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。

【００３３】その後、支持体２０上に形成されたトナー
像は、上述したように、第１定着装置２５によって定着
温度よりも低い温度で加熱されてトナーの主成分である
熱可塑性樹脂、またはトナーの添加剤であるワックス成
分に粘着性が生じ、それによりトナー同士、及びトナー
と支持体２０との間に付着力が生じて、熱ロールなどの
接触によってもトナー像が乱されないようにした後、さ
らに、熱ロール定着器で構成されている第２定着装置２
６によって支持体２０上に定着される。

【００３４】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１４
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。

【００３５】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１４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。

【００３６】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。

【００３７】更には、トナー担持ローラ１４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。

【００３８】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１４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１４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１４が接触して電気的に短絡し、駆動素子を壊すこと
はない。

【００３９】また、アパチャ電極体１とトナー担持ロー
ラ１４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１４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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】また、上記実施例に於ける支持体の代わり
に、比熱容量の小さい樹脂フィルムで構成された中間転
写フィルムを用い、この中間転写フィルム上に半定着さ
れたトナー像を第２定着装置に於いて普通紙により構成
される受像紙上に定着しながら転写する構成としてもよ
い。このような構成の画像形成装置を図４に示す。ここ
で、図１と同一の番号を付した部材については、同一の
作用を有するものとする。

【００４３】図４に於いて、上記実施例と同様に、中間
転写フィルム２７の全面にトナー像が形成される。

【００４４】その後、中間転写フィルム２７上に形成さ
れたトナー像は、上述したように、第１定着装置２５に
よって定着温度よりも低い温度で加熱してトナーの主成
分である熱可塑性樹脂、またはトナーの添加剤であるワ
ックス成分に粘着性を生じさせてトナー同士、及びトナ
ーと中間転写フィルム２７表面との間に付着力を生じさ
せ、熱ロールなどの接触によってもトナー像が乱されな
いようにした後、熱ロール定着器で構成されている第２
定着装置２６に中間転写フィルム２７と受像紙２１と
を、中間転写フィルム２７のトナー像担持面が受像紙２
１に向いた状態で重ねて供給することによって、前記第
１定着装置２５で半定着された中間転写フィルム２７上
のトナーを、トナーの主成分である熱可塑性樹脂の流動
開始温度まで加熱して受像紙２１上に転写する。その
後、冷却されることにより、トナー像が受像紙２１上に
定着される。

【００４５】また、上記実施例においては、１種類のト
ナーを用いた単色画像を形成する画像形成装置であった
が、複数色のトナーを用いて多色画像を形成するように
構成してもよい。

【００４６】図５は、このような変形例の画像形成装置
の構成の概略を示した図である。ここで、図１と同一の
ものには同じ符号を付して説明する。また、上記実施例
におけるトナー供給装置１０、制御電圧印加回路８、及
び第１定着装置２５については、複数色のトナーを用い
る場合、トナーの色の数と同数が必要となり、図５にお
いては３色のトナーを用いる構成となっていることか
ら、それぞれの部材の番号の末尾にＡ、Ｂ、及びＣの符
号を付けるものとする。

【００４７】図５において、トナー供給装置１０Ａ、１
０Ｂ、及び１０Ｃによって供給され、制御電圧印加回路
８Ａ、８Ｂ、及び８Ｃによって制御されて支持体２０上
に像形成されるイエロー、マゼンタ、シアン色のトナー
（図示せず）は、それぞれ成分が異なるため、当然、ガ
ラス転移温度、流動開始温度などの熱特性が異なってく
る。したがって、第１定着装置２５Ａ、２５Ｂ、及び２
５Ｃも、それぞれ異なる温度に設定されており、これら
の作動を制御ユニット４０で制御している。

【００４８】このように、複数色のトナーを用いた場
合、１色のトナー像を形成する毎に第１定着装置で半定
着した後、次の色のトナー像を形成するようにしたこと
によって、各色のトナー像が次の色のトナー像を形成し
ている間に乱されることがなく、したがって、高解像度
のカラー画像を安価な装置で形成することができる。

【００４９】また、図５においては、３色のトナーを用
いていたが、４色以上、または２色以下でもよい。

【００５０】

【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は、第１定着装置において、少なく
とも、粉体状で外力により相互の位置がずれ易い状態の
トナー同士が弱く融着する程度の熱、好ましくはトナー
の主成分である熱可塑性樹脂または添加剤であるワック
ス成分のガラス転移温度以上の熱が支持体上のトナーに
与えられるので、ここでトナーは半練りの状態になり、
引き続いて第２定着装置によって完全に支持体または受
像紙上に定着される際に、付着したトナーの相互の位置
が乱れることがなく、文字や像の太り、白地かぶりなど
の印字不良を起こすことなく、高精細な画像を形成する
ことができる。

【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示す図であ
る。

【図４】本発明の他の実施例を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す図である。

【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 ８ 制御電圧印加回路 １４ トナー担持ローラ ２０ 支持体 ２２ 背面電極ローラ ２４ 直流電源 ２５ 第１定着装置 ２６ 第２定着装置 ２７ 中間転写フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 9/087 9/08 15/05 15/01 Ｋ １１４ Ａ 15/08 ５０２ Ｚ Ｇ０３Ｇ 9/08 ３６５ 15/00 １１５

Claims (3)

【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して支持体
   上に所望のトナー像を形成するするトナー流制御手段
   と、 そのトナー流制御手段に対してトナーを供給するための
   トナー供給手段とを備える画像形成装置において、 前記支持体上に付着したトナーを、このトナーの主成分
   である熱可塑性樹脂またはトナーの添加剤であるワック
   ス成分のガラス転移温度以上の温度に加熱するための第
   １定着装置と、 この第１定着装置を経た支持体上のトナーに対して、少
   なくとも前記第１定着装置以上の温度で加熱するための
   第２定着装置とを備えたことを特徴とする画像形成装
   置。
2. 【請求項２】 前記支持体は、熱容量の小さい材質で構
   成された中間転写フィルムであり、前記第２定着装置に
   おいてこの中間転写フィルム上から受像紙上にトナー像
   を転写するように構成したことを特徴とする請求項１に
   記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 少なくとも前記第１定着装置が、非接触
   型加熱装置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。