JPH08112935A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低い制御電圧の印加にて高信頼性、高解像度
で安定した画像が得られる画像形成装置を提供する。 【構成】 画像記録媒体が当接する背面電極体とトナー
担持ローラとの間に、電気絶縁性のシート１１に複数の
平面視矩形状の開口部１２を１列状に穿設した電極アレ
イ１を配置する。各開口部１２の短辺に沿って電極部１
３ａを配置する制御電極１３を配置し、各開口部１２の
長辺に沿って弱導電性材料からなる第２制御電極１４を
配置して電極部１３ａと電気的に接続させる。制御電圧
印加回路２１から制御電極１３に印加した低い制御電圧
により、電極部１３ａと第２制御電極１４との両方に制
御電界が形成される。

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、ファクシミ
リ、プリンタ等に利用し得る画像形成装置の構造に関
し、さらに詳しくは、帯電させたトナーを電界により飛
翔させて画像を形成す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つの形式とし
て、本出願人は、先に、特開平６−１５５７９８号公報
において、複数の開口部を一列状に配置した電極アレイ
により、帯電したトナーの開口部通過を制御し、導電性
のトナー担持ローラに対して前記電極アレイを挟んで反
対側に位置する画像記録媒体上に画像を形成する画像形
成装置において、前記電極アレイにおける電気絶縁性の
シートを前記トナー担持ローラの周面と対向するように
配置し、画像記録媒体と対向する前記シートの片面側に
は、各開口部毎に区分して制御電極を配置するにあた
り、各開口部を平面視丸穴に形成し、この各丸穴の開口
部の周囲を囲む環状の電極部と、該電極部に連設して外
部の制御電圧印加回路に接続させる直線状のリード部と
により、各制御電極を構成することを提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記構
成によれば、画像形成時に１つの画素に対応する丸穴の
開口部の周囲を囲む環状の電極部とトナー担持ローラの
表面との間に形成された電界にて、トナーが開口部を介
して画像記録媒体の表面方向に通過する（引き出され
る）静電力を受けるが、隣接する開口部の間（以下、非
開口部という）には前記電界が形成されず、従って、こ
の部分に対応する画像記録媒体表面部位にはトナーが飛
翔し難い。

【０００４】そうすると、複数の隣接する開口部から引
き出されて画像記録媒体の表面に飛翔するトナー流は、
開口部と対向する部位と非開口部に対向する部位とで大
きく相違することになる。例えば、開口部の列と平行状
の連続線の画像において、トナー濃度に濃淡差ができ、
コントラストの良い画像を得ることができない、換言す
ると、トナー流制御の効率が悪いという問題があった。

【０００５】本発明は、これらの問題を解決すべくなさ
れたものであり、高品質の画像が得られ、且つ小さい制
御電圧にて制御することができる画像形成装置を提供す
ることを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の画像形成装置は、複数の開口
部が適宜間隔にて列状に形成され、各開口部に対する制
御電極を備えた電極アレイと、前記電極アレイの開口部
にトナーを供給するトナー供給手段と、前記電極アレイ
に対して前記トナー供給手段と反対側に配置された画像
記録媒体と、前記電極アレイの各制御電極を独立して制
御することにより、前記トナーをトナー供給手段から開
口部を介して前記画像記録媒体上に選択的に飛翔させる
制御電極駆動手段とからなる画像形成装置において、前
記各制御電極を、前記各開口部の周囲の少なくとも一部
に沿ように配置した電極部と該電極部に接続するリード
部とにより構成し、前記隣接する電極部間を、前記各開
口部の周囲の一部に沿うように配置した弱導電性材から
なる第２制御電極にて接続したものである。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の画像形成装置において、前記電極アレイには、前記電
極部とこれに接続する第２制御電極とで囲まれる内径部
位に開口部を形成したものである。請求項３に記載の発
明は、請求項１に記載の画像形成装置において、前記電
極アレイには、前記電極部のみにて囲まれた開口部と、
電極部と第２制御電極とで囲まれた開口部とを交互に１
列状に配置したものである。

【０００８】

【実施例】次に、本発明を具体化した実施例について説
明する。図１は本発明の画像形成装置の概要を示し、ト
ナー流制御手段としての電極アレイ１の上方には、約１
mmの間隔を有して、円筒ローラ状の背面電極体２がフレ
ーム（図示せず）に回動可能に支持されており、図示し
ない駆動装置により、矢印Ａ方向に回転する。電極アレ
イ１と背面電極体２との間隙に挿入され、背面電極体２
に背面が接触する印刷用紙等の画像記録媒体３を紙送り
装置４により矢印Ｂ方向に搬送し得るように構成されて
いる。画像記録媒体３の搬送方向下流側には、画像を定
着させるための加熱ローラ６と押圧ローラ７とからなる
定着装置５が配置されている。

【０００９】また、前記電極アレイ１は後述するトナー
供給装置８のトナーケース９上面に取付けられている。
次に、前記各構成要素の詳細を説明すると、図１に示す
ように、トナー供給手段としてのトナー供給装置８は、
ハウジングを兼ねるトナーケース９と、該トナーケース
９内に収納されるトナー１８と、供給ローラ１５と、
銅、アルミニウム製等の金属筒製等の導電性のトナー担
持ローラ１６等から構成されている。前記画像記録媒体
３が搬送される方向と直交する軸を備えたトナー担持ロ
ーラ１６及び供給ローラ１５は、ほぼ同じ長さを有し、
図示しない回転駆動装置により、それぞれ矢印Ｃ，Ｄ方
向に回転させられる。

【００１０】トナーケース９内には、トナー担持ローラ
１６の回転方向上流側の円周面に接触するトナー層規制
用の規制ブレード１９が設けられている。この規制ブレ
ード１９はトナー担持ローラ１６の長さとほぼ等しく形
成され、規制ブレード１９の広幅面にてトナー担持ロー
ラ１６の外周面に帯電担持されたトナー１８を圧接し
て、その層厚さが一定に保持されるようになっている。

【００１１】トナー担持ローラ１６の外周面の一部は、
電極アレイ１のシート１１の下面であって開口部１２列
の近傍に接触するように配置されている。図２〜図４に
示すように、電極アレイ１の第１実施例は、略２５μｍ
〜５０μｍ厚さのポリイミド製のフィルム状の電気絶縁
材からなるシート１１に、長辺９０μｍ、短辺６０μｍ
の矩形状の開口部１２が１２５μｍの間隔にて前記長辺
に沿って１列状に穿設形成されている。なお、開口部１
２の列がトナー担持ローラ１６の回転軸線と平行状に
（画像記録媒体３の搬送方向と直交する方向に１列状
に）配置されているので、開口部１２の長辺がトナー担
持ローラ１６の回転軸線と平行状となり、開口部１２の
短辺がトナー担持ローラ１６の回転軸線と直交する。

【００１２】そして、シート１１の表面（画像記録媒体
３と対向する側）には、後述する制御電極１３及び第２
制御電極１４を印刷法等により形成する。即ち、前記隣
接する開口部１２の短辺に沿って延びる幅３５μｍ、厚
さ１μｍ〜５μｍ程度の銅、金等の金属等の導電性材料
からなる制御電極１３が形成されている。この各制御電
極１３においては、各開口部１２の短辺に沿う箇所が帯
状の電極部１３ａであり、該電極部１３ａの一端に一体
的に連設されて各開口部１２の短辺に沿って長く伸びる
箇所が、制御電圧印加回路２１に対して電気的に接続す
るリード部１３ｂである。なお、各リード部１３ｂは一
方の電極の機能を果たすトナー担持ローラ１６の回転方
向下流側に向かって延びるように配置されている。

【００１３】また、前記１列状の開口部１２における両
長辺に沿って適宜厚さの第２制御電極１４，１４が平行
状に配置され、隣接する開口部１２の短辺の箇所で、各
第２制御電極１４と制御電極１３とが重なり交差し、且
つ電気的に接続される。各第２制御電極１４は隣接する
制御電極１３、１３の間で１０Ｍオーム程度に調整され
ている。

【００１４】実施例では、図２〜図４に示すように、カ
ーボン等の電気抵抗材料のように弱導電性材料からなる
第２制御電極１４をシート１１の表面に対して先にマス
ク印刷等にて形成し、その後に制御電極１３を重ねて形
成しているが、その逆であっても良い。なお、シート１
１の厚みを余り薄くすると、前記制御電極１３及び第２
制御電極１４の形成や、電極アレイ１自体の取扱いが困
難になるので、厚み２５μｍ程度のフィルムが好適であ
る。

【００１５】図１に示すように、背面電極体２とトナー
担持ローラ１６との間には直流電源２０が接続され、背
面電極体２に＋１ｋＶ程度の高電圧が印加されるように
なっており、トナー担持ローラ１６と制御電極１３との
間に制御電圧駆動手段としての制御電圧印加回路（集積
回路）２１が接続されている。そして、画像形成データ
に基づいて制御電極１３に−２０Ｖもしくは＋２０Ｖに
電圧印加されるようになっている。

【００１６】トナー１８は電気絶縁性を有する絶縁性ト
ナーであり、供給ローラ１５によってトナー担持ローラ
１６の表面に供給される。トナー担持ローラ１６は導電
性材料からなるので、トナー担持ローラ１６とその表面
に担持されたトナー１８も含んで全体として同電位にな
る。次に、このように構成された画像形成装置の記録動
作（印字動作）について説明する。

【００１７】まず始めに、トナー担持ローラ１６と、こ
れとほぼ同じ長さのトナー供給ローラ１５とが、図１に
示す矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向に回転することにより、トナ
ーケース９内にてトナー供給ローラ１５から送られて来
る絶縁性トナー１８は、トナー担持ローラ１６の表面に
擦り付けられる。トナー担持ローラ１６の表面に担持さ
れたトナー１８はトナー担持ローラ１６の矢印Ｄ方向へ
の回転によって電極アレイ１の開口部１２の下方に向か
って搬送される。その途次、規制用ブレード１９にてト
ナー１８が一定の厚さに薄層化されると共に摩擦によ
り、トナー１８はマイナスに帯電される。

【００１８】このようにしてトナー担持ローラ１６の表
面上のトナー１８は電極アレイ１の下面に擦りつけられ
つつ開口部１２の下方に供給される。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１３には、
制御電圧駆動手段としての制御電圧印加回路２１から＋
２０Ｖの電圧が印加される。その結果、画像部分に対応
する開口部１２近傍には、制御電極１３と導電性のトナ
ー担持ローラ１６と間の電位差により、制御電極部１３
ａよりトナー担持ローラ１６に向かう電気力線（電界）
が形成される。このときの電界の強さは、前記電位差に
比例し、且つ制御電極１３とトナー担持ローラ１６表面
との距離に反比例するものである。

【００１９】そして、前記制御電極部１３ａよりトナー
担持ローラ１６に向かう電気力線により、前記マイナス
に帯電されたトナー１８は高い電位の方向に静電力を受
け、開口部１２を通過するように引き出される。このよ
うにして引き出されたトナー１８は、さらに、背面電極
ローラ２に印加されている電圧（＋１０００Ｖ）によっ
て、画像記録媒体３と電極アレイ１との間に形成される
電界により、画像記録媒体３に向かってトナー１８が飛
翔し、画像記録媒体３表面にはトナー１８が堆積されて
可視的な画素を形成する。

【００２０】他方、非画像部分に対する制御電極１３に
は、制御電圧印加回路２１から−２０Ｖの電圧が印加さ
れる。その結果、トナー担持ローラ１６と制御電極１３
との間には、トナー担持ローラ１６から制御電極１３に
向かう電界が形成され、前記逆の静電力を受けるトナー
１８は、トナー担持ローラ１６表面に引きつけられ、こ
れらのトナー１８は開口部１２を通過することはない。

【００２１】従って、非画像部分に対しては、開口部１
２からトナー１８があふれ出すことがなく、画像記録媒
体３の不必要な箇所にトナー１８が付着することを防止
することができる。このようにして、画像記録媒体３の
表面に開口部１２列によりトナー１８の１列分の画素が
形成される間に、当該画像記録媒体３を開口部１２の列
と直角方向（図１の矢印Ｂ方向）に１画素分搬送され
る。このような動作を繰り返すことにより、画像記録媒
体３の表面には、トナー１８による所定の画像が形成さ
れる。その後、定着装置５の箇所にて画像記録媒体３上
にトナー像が加熱定着されるのである。

【００２２】ここで、前記第２制御電極１４の作用につ
いて説明すると、隣合う２つの制御電極１３，１３に同
じ値の制御電圧が印加された場合、例えば、隣合う２つ
の制御電極１３，１３に対応する画素が画像部の場合、
画像形成時に一つの画素となる１個の開口部１２を挟ん
で２つの制御電極１３，１３に＋２０Ｖの電圧が印加さ
れると、この開口部１２の短辺に沿う両電極部１３ａ，
１３ａと、この開口部１２の長辺に沿う両第２制御電極
１４，１４も同じ値（＋２０Ｖ）の電位となる。

【００２３】従って、この１つの開口部１２の周囲は全
て同電位（＋２０Ｖ）となり、これら両電極部１３ａ，
１３ａと両第２制御電極１４，１４と、トナー担持ロー
ラ１６の表面との間の電位差にて、トナー担持ローラ１
６に向かう電気力線の電界が形成され、その結果、従来
と同様に、マイナスに帯電しているトナー１８が両第２
制御電極１４，１４の縁の電界によっても静電力を受け
てトナー担持ローラ１６から開口部１２に引き出され
る。

【００２４】前記と反対に、隣接する２つの制御電極１
３，１３に対応する画素が非画像部の場合、即ち、一つ
の画素となる１個の開口部１２を挟んで２つの制御電極
１３，１３に−２０Ｖの電圧が印加されると、この開口
部１２の短辺に沿う両電極部１３ａ，１３ａと、この開
口部１２の長辺に沿う両第２制御電極１４，１４も同じ
値（−２０Ｖ）の電位となる。

【００２５】従って、この１つの開口部１２の周囲は全
て同電位（−２０Ｖ）となり、これら両電極部１３ａ，
１３ａと両第２制御電極１４，１４と、トナー担持ロー
ラ１６の表面との間の電位差にて、トナー担持ローラ１
６から両電極部１３ａ，１３ａと両第２制御電極１４，
１４に向かう電気力線の電界が形成され、その結果、従
来と同様に、マイナスに帯電しているトナー１８は両第
２制御電極１４，１４の縁の電界によっても静電力を受
けてトナー担持ローラ１６に引きつけられ、開口部１２
からトナー１８が通過することはない。

【００２６】次に、隣接する２つの制御電極１３，１３
が非画像部と画像部とに対応するときには、一方の制御
電極１３（電極部１３ａ）に−２０Ｖの電圧が印加さ
れ、他方の制御電極１３（電極部１３ａ）に＋２０Ｖの
電圧が印加されることになる。この２つの電極部１３
ａ，１３ａの間の弱導電性材料からなる第２制御電極１
４，１４の箇所では、＋２０Ｖから−２０Ｖの勾配をも
った電位が形成されることになり、１つの開口部１２の
長辺には、その位置に応じた強さの電界が形成されるか
ら、１つの開口部１２の長辺に沿ってトナー流を制御で
きる。

【００２７】換言すると、弱導電性材料からなる第２制
御電極１４，１４の箇所も、導電性材料からなる２つの
隣接する制御電極１３，１３の制御印加電圧に応じた電
位を有するので、１つの開口部１２の長辺、短辺共に制
御電界が形成されてトナー流の制御を実行することがで
きる。図５に示す第２実施例では、電極アレイ１に１列
状に穿設された平面視矩形状の開口部１２の短辺から角
部を含む長辺の一部までを平面視Ｈ状の電極部１３ａと
し、この電極部１３ａに画像記録媒体３の移動方向に沿
って延びるリード部１３ａを一体的に連設してなる制御
電極１３を形成する一方、各開口部１２の一対の長辺の
中途部を前記第１実施例と同様にして弱導電性材料から
なる第２制御電極１４にて電気的に接続するものであ
る。この実施例においても、第１実施例と同様の作用・
効果を奏する。

【００２８】また、第１実施例及び第２実施例共に、電
極アレイ１に形成された隣接する電極部１３，１３間
を、各開口部１２の周囲の一部に沿うように配置した弱
導電性材からなる第２制御電極１４，１４にて接続する
ものであり、且つ、前記電極アレイ１には、前記電極部
１３ａ，１３ａとこれに接続する第２制御電極１４，１
４とで囲まれる内径部位に開口部１２が形成されること
になる。

【００２９】図６に示す第３実施例では、電極アレイ１
に平面視矩形状にて穿設形成された１列状の開口部１２
は、平面視矩形状の導電性材料からなる電極部１３ａの
みにて囲まれた開口部１２と、前記隣接する電極部１３
ａのうちの短辺と、その外縁に接続し、且つ開口部の両
長辺に沿う対の第２制御電極１４，１４とで囲まれた開
口部１２とを交互に配列するものである。換言すると、
１列状に並んだ開口部１２の１つおきに制御電極１３の
リード部１３ｂが延びるが、作用・効果としては、第１
実施例とほぼ同じである。

【００３０】さらに、図７に示す第４実施例では、各開
口部１２の平面視形状が丸穴であり、その他の構成は第
２実施例と同じであるので、同じ構成については同じ符
号を付し、詳細な説明は省略する。なお、前記各実施例
において、第２制御電極１４を開口部１２の両長辺に沿
って設けたが、一方の長辺に沿って設けても良い。

【００３１】このように本発明では、画像形成時及び非
画像時のいずれのときでも、電極アレイ１における開口
部１２には、制御電極１３と第２制御電極１４との両方
の電界による静電力を受けるようにしてトナー流の制御
が実現できる。従って、低い制御電圧で、且つ安定した
量のトナー流の制御が可能となり、しかも、制御電極１
３に印加される制御電圧に対する応答性も向上する。

【００３２】そのため、出力電圧の低い駆動回路（Ｉ
Ｃ）を制御電圧印加回路２１として利用することによ
り、画像形成制御の動作を実行することができるので、
画像形成装置の製造コストを低減することができると共
に、高信頼性、高解像度で安定した画像が得られる。な
お、前記各開口部１２の形状は、平面視で四角形ばかり
でなく、三角形、五角形、六角形、八角形、円形、楕円
形等の種々の形状を採用することができる。また、電極
アレイ１に前記制御電極１３及び第２制御電極１４を形
成する方法としては、ポリイミド製のシート１１の表面
の所定箇所に予め、蒸着法等により、制御電極１３を形
成した後、所定の電気抵抗値を有するカーボン（抵抗
膜）材料で必要な厚さのマスクスクリーンを被せてスク
リーン印刷にて第２制御電極１４を形成し、これらの第
２制御電極の端部と電極部１３ａの端部とが重複するよ
うに形成するようにしても良い。

【００３３】制御電極１３の材料として、銅の他、アル
ミニウム、金、銀、カーボン、鉄、ニッケル、クロム、
タンタル等の導電性を有する材料を使用することができ
る。

【００３４】

【発明の作用・効果】以上に説明したように、請求項１
に記載の発明は、複数の開口部が適宜間隔にて列状に形
成され、各開口部に対する制御電極を備えた電極アレイ
と、前記電極アレイの開口部にトナーを供給するトナー
供給手段と、前記電極アレイに対して前記トナー供給手
段と反対側に配置された画像記録媒体と、前記電極アレ
イの各制御電極を独立して制御することにより、前記ト
ナーをトナー供給手段から開口部を介して前記画像記録
媒体上に選択的に飛翔させる制御電極駆動手段とからな
る画像形成装置において、前記各制御電極を、前記各開
口部の周囲の少なくとも一部に沿ように配置した電極部
と該電極部に接続するリード部とにより構成し、前記隣
接する電極部間を、前記各開口部の周囲の一部に沿うよ
うに配置した弱導電性材からなる第２制御電極にて接続
したものであり、請求項２に記載の発明では、前記電極
アレイには、前記電極部とこれに接続する第２制御電極
とで囲まれる内径部位に開口部を形成したものである。
さらに、請求項３に記載の発明では、前記電極アレイに
は、前記電極部のみにて囲まれた開口部と、電極部と第
２制御電極とで囲まれた開口部とを交互に１列状に配置
したものである。

【００３５】これらいずれの発明においても、開口部に
形成される制御電界は、制御電極によるもののみなら
ず、この制御電極の電極部の間に形成された第２制御電
極によって形成されることになり、各制御電極に印加す
るときの印加電位差を小さくしたものでありながら、ト
ナー流の制御効率を高いものに維持することができ、高
いコントラストの画像を得ることができる。

【００３６】その結果、低い制御電圧で、且つ安定した
トナー流の制御が可能となり、しかも、制御電極に印加
される制御電圧に対する応答性も向上する。そのため、
出力電圧の低い駆動回路（ＩＣ）を制御電圧印加回路と
して利用することにより、画像形成制御の動作を実行す
ることができるので、画像形成装置の製造コストを低減
することができると共に、高信頼性、高解像度で安定し
た画像が得られ、安価で高画質の画像を形成し得る画像
形成装置を提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】画像形成装置の概略側断面図である。

【図２】第１実施例の電極アレイの斜視図である。

【図３】第１実施例の電極アレイの表面を示す一部切欠
き平面図である。

【図４】第１実施例の電極アレイの要部拡大断面図であ
る。

【図５】第２実施例の電極アレイの表面を示す一部切欠
き平面図である。

【図６】第３実施例の電極アレイの表面を示す一部切欠
き平面図である。

【図７】第４実施例の電極アレイの表面を示す一部切欠
き平面図である。

【符号の説明】

１ 電極アレイ ２ 背面電極ローラ ３ 画像記録媒体 ８ トナー供給装置 １１ シート １２ 開口部 １３ 制御電極 １３ａ 電極部 １３ｂ リード部 １４ 第２制御電極 １６ トナー供給手段としてのトナー担持ロー
ラ １８ トナー １９ 規制ブレード ２０ 直流電源 ２１ 制御電圧印加回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の開口部が適宜間隔にて列状に形成
   され、各開口部に対する制御電極を備えた電極アレイ
   と、前記電極アレイの開口部にトナーを供給するトナー
   供給手段と、前記電極アレイに対して前記トナー供給手
   段と反対側に配置された画像記録媒体と、前記電極アレ
   イの各制御電極を独立して制御することにより、前記ト
   ナーをトナー供給手段から開口部を介して前記画像記録
   媒体上に選択的に飛翔させる制御電極駆動手段とからな
   る画像形成装置において、前記各制御電極を、前記各開
   口部の周囲の少なくとも一部に沿ように配置した電極部
   と該電極部に接続するリード部とにより構成し、前記隣
   接する電極部間を、前記各開口部の周囲の一部に沿うよ
   うに配置した弱導電性材からなる第２制御電極にて接続
   したことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記電極アレイには、前記電極部とこれ
   に接続する第２制御電極とで囲まれる内径部位に開口部
   を形成する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】 前記電極アレイには、前記電極部のみに
   て囲まれた開口部と、電極部と第２制御電極とで囲まれ
   た開口部とを交互に１列状に配置したことを特徴とする
   請求項１に記載の画像形成装置。