JPH08112937A - 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
開口部１２を穿設した電極アレイ１を配置する。規制ブ
レードにてトナー担持ローラの表面に圧縮されて層状に
担持されたトナーを、電極アレイ１の裏面に設けた突起
状電極部２３にてほぐしつつ電荷を注入し、開口部１２
にトナーが通過し易く、且つトナーに充分且つ安定した
帯電量を付与する。

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、複数の開口部を備え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、トナー供給ローラ
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
供給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したものにて構成され、規制ブレ
ードにてトナー供給ローラの周面に担持したトナーの層
厚さを規制するように構成を提案した。

【０００３】また、この規制ブレードの広幅面をトナー
供給ローラの周面に押圧し、担持される層状のトナーに
摩擦力を付与して、該トナーに電荷を注入する（帯電さ
せる）構成も考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記い
ずれの構成であっても、規制ブレードの主たる機能は、
トナーをトナー供給ローラの周面に圧接することにより
トナー層厚さを所定の値に安定させることである。この
場合、規制ブレードによりトナーがトナー供給ローラ周
面に擦りつけられる摩擦により、層状のトナーが凝縮し
て、トナーの粒子同士の凝縮力や、トナー供給ローラ周
面に付着する力が大きくなる。従って、電極アレイの開
口部における制御電極に制御電圧を印加してトナー供給
ローラ周面との間に電界を形成し、その静電力にてトナ
ーが開口部から画像記録媒体に飛翔させるとき、前記付
着力（凝縮力）のため、トナーがトナー供給ローラ周面
から引き出され難くなるから、開口部を通過するトナー
流が不安定となり、必要な画素部分にぬけ等が生じ、高
品質の画像が得られないという問題がある。

【０００５】この不都合を解消すべく、トナーの飛翔力
を高めて印字濃度を充分にすべく、前記開口部内の電界
の強度を高めるため、制御電極に印加する電圧を高める
には、駆動回路としての集積回路を高電圧に耐えるもの
にしなければならず、製造コストが高くなるという問題
があった。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
部が形成され、各開口部がそれぞれ制御電極を有する電
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であって、トナー供給手段に
よるトナー搬送経路には、当該トナーの層厚さを規制す
るための規制ブレードを設ける一方、前記電極アレイの
裏面には、前記規制ブレードと、電極アレイの開口部と
の間において、トナー供給手段上のトナー層をほぐし、
且つトナーに電荷を注入するための突起状電極部を形成
したものである。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１におけ
る前記トナー供給手段をローラ状に形成する一方、前記
電極アレイにおける電気絶縁性シートの裏面に前記突起
状電極部を形成したものである。

【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、電極アレイ
１は、図１及び図２に示すように、略２５μｍ〜５０μ
ｍの厚さのフィルム状のポリイミド製電気絶縁材からな
るシート１１に、直径略１００μｍの複数の開口部１２
が画像記録媒体３の搬送方向と直交する方向に１列状に
形成する。

【００１０】そして、シート１１を貫通して形成された
丸孔状や矩形状等の各開口部１２毎に、前記画像記録媒
体３と対峙するシート１１の表面（上面）に、各開口部
１２の円周縁に沿った環状の電極部１３ａと、該各電極
部１３ａを図１の制御電圧印加回路２１に接続するため
のリード部１３ｂとからなる制御電極１３が１μｍ〜５
μｍ厚さの銅、金等の金属にて形成されている。そし
て、各リード部１３ｂは後述する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。

【００１１】なお、シート１１の厚みを余り薄くする
と、前記制御電極１３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。また、図４に示すように、前記シート１１
の裏面（下面）、即ち後述するトナー担持ローラ１６と
対峙する側であってトナー１８の搬送上流側には、多数
個の導電性材料からなる突起状電極部２３を導電性の基
板２４を介して配設する。この突起状電極部２３は、後
述するように、トナー担持ローラ１６上の層状のトナー
１８をほぐすと共に、トナー１８に所定の極性の電荷を
注入する（帯電させる）ためのものである。

【００１２】実施例では、基板２４及び突起状電極部２
３を銅にて一体的に形成するものであり、各突起状電極
部２３は平面視でほぼ将棋の駒状に形成され、その駒の
尖ったほうをトナー１８の搬送上流側（トナー担持ロー
ラ１６の回転方向、矢印Ｄ方向）に向ける（図３及び図
４参照）。基板２４の厚さは約５μｍ程度とし、各突起
状電極部２３の寸法は、図４において、Ｅの寸法が約４
０μｍ、Ｆの寸法が約４０μｍ、Ｇの寸法が約７０μ
ｍ、Ｈの寸法が約２０μｍ程度である。

【００１３】この多数の突起状電極部２３の配列は、ト
ナー担持ローラ１６の軸線方向と、その直角方向とのマ
トリックス状配列であり、且つ前列の突起状電極部２３
の配置の間に後列の突起状電極部２３を配置させるとい
う、いわゆる千鳥配列である。このように基板２４の表
面に多数個の突起状電極部２３を形成するには、ウエッ
トエッチング法や放電加工法、エンボス法等が好まし
い。

【００１４】なお、開口部１２の列に対して最も近い位
置の突起状電極部２３迄の距離を充分大きく設定するこ
とが好ましい。実施例では、前記距離を１ｍｍ以上、望
ましくは５ｍｍ乃至１０ｍｍ程度以上とする。両者間の
距離が短いと、制御電極１３に電圧を印加したとき、こ
の制御電極１３と前記突起状電極部２３との間に形成さ
れる電界の強さが大きくなり、トナー担持ローラ１６の
表面と制御電極１３との間の制御電界の強さが相対的に
弱められるから、開口部１２でのトナー流を充分制御す
るには、制御電極１３に対する制御電圧を高めなければ
ならなくなるからである。

【００１５】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。

【００１６】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厚規
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。

【００１７】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
０Ｖもしくは＋５０Ｖに電圧印加されるようになってい
る。

【００１８】さらに、前記基板２４とトナー担持ローラ
１６との間に電荷注入電圧印加回路２５と保護抵抗２６
とを接続し、前記各突起状電極部２３に−５００Ｖの電
圧を印加する。保護抵抗２６は、前記基板２４乃至突起
状電極部２３とトナー担持ローラ１６とが電気的に短絡
した場合に過大な電流が流れるのを防止するため、基板
２４と電荷注入電圧印加回路２５との間に接続されてい
る。

【００１９】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。なお、必要に応じて前記基板２４及び突起状電極部
２３の表面を電気絶縁性の樹脂にてコーティングするこ
とにより、トナー担持ローラ１６との電気的短絡を回避
するようにしても良い。この場合、前記トナー１８に所
定の電荷を注入するには、前記基板２４に印加する電圧
を一層高圧にする必要がある。

【００２０】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。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。
このとき、トナー１８の層は規制用ブレード１９によっ
て圧縮され、その結果、トナー１８同士及びトナー１８
層とトナー担持ローラ１６の表面との付着・凝縮力が大
きくなる。

【００２１】次いで、トナー担持ローラ１６表面のトナ
ー１８層が突起状電極部２３の箇所に来ると、各突起状
電極部２３の先端部に衝突し、隣接する突起状電極部２
３の隙間を通過することで、トナー１８はほぐされ、ト
ナー１８の粒子同士の凝縮力や、トナー担持ローラ１６
表面とトナー１８との付着力が弱められる。なお、本実
施例では、各突起状電極部２３の高さ寸法よりもトナー
１８層厚さを約１０〜２０μｍ程度大きくするように、
規制ブレード１９とトナー担持ローラ１６周面との隙間
を設定することにより、突起状電極部２３とトナー担持
ローラ１６との電気的短絡を防止している。

【００２２】また、電荷注入電圧印加回路２５により、
−５００Ｖに電圧印加された各突起状電極部２３及び基
板２４の表面にてトナー１８が擦られるから、ここでマ
イナスの電荷が注入されてトナー１８は帯電される。こ
のようにしてトナー担持ローラ１６の表面上のトナー１
８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。

【００２３】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＋５０Ｖ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１３ａ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。

【００２４】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。

【００２５】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０Ｖ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
の間には電界が形成されず、トナー担持ローラ１６上の
トナー１８は、静電力を受けないために、これらのトナ
ー１８は開口部１２を通過することはない。従って、非
画像部分に対しては、開口部１２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。

【００２６】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。

【００２７】このように本発明では、規制ブレード１９
により、トナー担持ローラ１６の表面に圧縮状態で担持
されたトナー１８層は、多数個の突起状電極部２３にて
ほぐされながら帯電されて電極アレイ１の開口部１２の
近傍に供給される。このため、トナー担持ローラ１６と
トナー１８層との付着力や凝縮力が小さい状態で、且つ
安定した層厚さでなおかつ安定した帯電量でトナー１８
を開口部１２に供給できる。

【００２８】従って、画像形成時には、電極アレイ１に
おける開口部１２の制御電極１３と他方電極としてのト
ナー担持ローラ１６との間の電界による静電力を受けて
飛翔する時に、トナー１８がトナー担持ローラ１６から
離れ易くなるから、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１３に
印加される制御電圧に対する応答性も向上する。

【００２９】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、前記突起状電極部２３の形状は、平面視で五角形ば
かりでなく、三角形、四角形、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、
突起状電極部２３の高さ寸法Ｈは、使用するトナー１８
の一次粒子径に応じて、１μｍ〜数百μｍまで採用する
ことができ、望ましくは１０μｍ〜２００μｍ、さらに
望ましくは１５μｍ〜１００μｍとし、突起状電極部２
３の寸法Ｇは、１μｍ〜数ｃｍまで採用することがで
き、望ましくは１０μｍ〜１ｃｍ、さらに望ましくは２
０μｍ〜５ｍｍとし、突起状電極部２３の寸法Ｅは、１
μｍ〜数ｍｍまで採用することができ、望ましくは１０
μｍ〜１ｍｍ、さらに望ましくは１５μｍ〜１００μｍ
である。

【００３０】電極アレイ１に前記基板２４や突起状電極
部２３を形成する方法としては、ポリイミド製のシート
１１の裏面に製膜された銅膜を、塩化第二鉄によりエッ
チングするという、シャワー法エッチングの他、前記銅
膜の表面に必要な厚さのマスクスクリーンを被せてスク
リーン印刷する方法、網点印刷法、スパッタリング法、
蒸着法により突起状電極部２３を形成することが可能で
ある。さらに、基板２４や突起状電極部２３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。

【００３１】

【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、複数の開口部が形成され、各開口部が
それぞれ制御電極を有する電極アレイと、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、トナー供給手段によるトナー搬送経路には、当
該トナーの層厚さを規制するための規制ブレードを設け
る一方、前記電極アレイの裏面には、前記規制ブレード
と、電極アレイの開口部との間において、トナー供給手
段上のトナー層をほぐし、且つトナーに電荷を注入する
ための突起状電極部を形成したものであるから、規制ブ
レードにより、トナー供給手段の表面に圧縮状態で担持
されたトナー層は、多数個の突起状電極部にてほぐされ
ながら帯電されて電極アレイの開口部の近傍に供給され
る。このため、トナー供給手段とトナー層との付着力や
凝縮力が小さい状態で、且つ安定した層厚さでトナーを
開口部に供給できる。

【００３２】従って、画像形成時には、電極アレイにお
ける開口部の制御電極と他方電極としてのトナー供給手
段との間の電界による静電力を受けて飛翔する時に、ト
ナーがトナー供給手段から離れ易くなるから、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、制御電極に印加される制御電圧に対する応
答性も向上する。

【００３３】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という効果
を奏する。また、請求項２に記載の発明によれば、前記
トナー供給手段をローラ状に形成する一方、前記電極ア
レイにおける電気絶縁性シートの裏面に前記突起状電極
部を形成したものであるから、請求項１の発明の作用・
効果に加えて、電極アレイに対する突起状電極部の形成
方法を種々採用することができると共に、柔軟性のある
電極アレイをトナー供給手段としてのローラの表面に広
い範囲にわたって近接させて配置することが容易にでき
るという効果も奏する。

【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】電極アレイの斜視図である。

【図３】電極アレイの裏面を示す図である。

【図４】電極アレイの裏面の要部拡大斜視図である。

【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 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 ２３ 突起状電極部 ２４ 基板 ２５ 電荷注入電圧印加回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の開口部が形成され、各開口部がそ
   れぞれ制御電極を有する電極アレイと、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、トナー供給手段によるトナー搬送経路には、当該
   トナーの層厚さを規制するための規制ブレードを設ける
   一方、前記電極アレイの裏面には、前記規制ブレード
   と、電極アレイの開口部との間において、トナー供給手
   段上のトナー層をほぐし、且つトナーに電荷を注入する
   ための突起状電極部を形成したことを特徴とする画像形
   成装置。
2. 【請求項２】 前記トナー供給手段をローラ状に形成す
   る一方、前記電極アレイにおける電気絶縁性シートの裏
   面に前記突起状電極部を形成したことを特徴とする請求
   項１記載の画像形成装置。