JPH08310038A - トナー飛翔式記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電界に対するトナーの応答性を向上すること
により高速駆動を実現すると共に、装置の小型化を図っ
たトナー飛翔式記録装置を提供すること。 【構成】 所定の電位に設定された吸引電極１と、この
吸引電極１に対向するヘッド本体２とを備え、ヘッド本
体２に、トナーＴを一時的に保持する筒状のトナー保持
部３を吸引電極１と対向して配設し、このトナー保持部
３の吸引電極１側にトナー吐出口４を設け、このトナー
吐出口４にトナー吐出制御用の制御電極５及び基準電極
６を配設すると共に、このトナー吐出用の制御電極５に
外部信号Ｓに基づいて所定の制御電圧を印加する電圧駆
動部７とを備えている。そして、トナー保持部３に、電
圧駆動部７により駆動され当該トナー保持部３に保持さ
れたトナーＴを振動させる圧電素子等の振動手段８を併
設したこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トナー飛翔式記録装置
に係り、特に、電界の作用によりトナーを記録媒体に飛
翔させ画像形成を行うトナー飛翔式記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】トナーが通過できるアパーチャ（トナー
吐出口）を有する電極を設け、これに画像信号と対応す
る電圧を印加することによってトナーのアパーチャ通過
を制御し、これと同時に、トナーの飛翔空間に飛翔電界
を加えることによりトナーを記録媒体に吹き付け、画像
を形成する電界併用型のいわゆるトナージェット記録技
術は周知の技術となっている。この種の技術を用いた記
録装置では、粉体たるトナーを電界の作用により如何に
応答性良くアパーチャに供給し吐出させるかが大きな研
究テーマとなっている。

【０００３】例えば、特開平２−１０９０６号公報に記
載のものでは、トナーをアパーチャ近傍に供給するため
に、表面にブラシ状の部材が設けられたブラシローラ
と、このブラシローラに当接装備されたトナー離脱部材
から構成されるトナー供給手段を設けている。

【０００４】この提案では、ブラシローラが回転する
と、当該ブラシに付着したトナーがトナー離脱部材に運
ばれる。そして、ブラシがトナー離脱部材に接触する
と、弾性変形によりたわみ、その後、更なる回転によっ
てブラシがトナー離脱部材から解放されると共に、弾か
れたブラシからトナーが離脱してアパーチャに供給され
るようになっていた。

【０００５】また、特開平４−１３１２５５号公報に記
載のものでは、上述したブラシローラを２つ対向接触さ
せて配設し、それぞれを対応する側に回転させること
で、ブラシローラ間にトナーを挟持させ、これにより、
ブラシ対向面の一方側から他方のアパーチャ側にトナー
が供給されるようになっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例にあっては、画像形成時の飛翔電界の変化にトナー
が追従しきれず、トナー飛翔が不安定となり、これがた
め、解像度の高い画像形成を行うことができず、また、
高速な画像形成を行うことができない不都合があった。

【０００７】また、この不都合を改善すべく成された上
記発明のうち、特開平２−１０９０６号公報に記載のも
のは、ブラシを用いるため装置が大型化する不都合があ
った。また、ブラシ部分とトナーとの付着力が大きい
上、ブラシローラとトナー離脱部材との接触面積を大き
くできないため、ブラシから離脱するトナー量は少量で
あり、これがため、充分なトナーを搬送できない不都合
があった。仮に、トナー離脱部材とブラシローラとの接
触面積を大きくしても、トナー離脱部材が変形するとい
う相容れない不都合があった。一方、特開平４−１３１
２５５号公報に記載のものは、ブラシローラを２つ用い
るため、上記引例と同様、装置の大型化を伴うという不
都合があった。

【０００８】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、電界に対するトナーの応答性を向上す
ることにより高速駆動を実現すると共に、装置の小型化
を図ったトナー飛翔式記録装置を提供することを、その
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、所定の電位に設定された吸引電極と、この吸引電極
に記録媒体を介して対向するヘッド本体とを備え、ヘッ
ド本体に、吸引電極とは逆極性に帯電されたトナーを一
時的に保持する筒状のトナー保持部を吸引電極と対向し
て配設し、このトナー保持部の吸引電極側にトナー吐出
口を設け、このトナー吐出口にトナー吐出制御用の制御
電極及び基準電極を配設すると共に、このトナー吐出用
の制御電極に外部信号に基づいて所定の制御電圧を印加
する電圧駆動部とを備えている。そして、トナー保持部
に、電圧駆動部により駆動され当該トナー保持部に保持
されたトナーを振動させる圧電素子等の振動手段を併設
した、という構成を採っている。

【００１０】請求項２記載の発明では、筒状に形成され
たトナー保持部のトナー供給側端部に、電圧駆動部によ
り駆動され当該トナー保持部に保持されたトナーと同極
性の電圧が印加される補助電極を備えた、という構成を
採っている。

【００１１】請求項３記載の発明では、電圧駆動部が、
振動手段に印加する電圧の周波数を外部信号に応じて変
化させる周波数可変機能を備えた、という構成を採って
いる。

【００１２】請求項４記載の発明では、電圧駆動部が、
制御電極に印加する電圧の大きさを外部信号に応じて変
化させる制御電圧可変機能を備えた、という構成を採っ
ている。

【００１３】請求項５記載の発明では、電圧駆動部が、
補助電極に印加する電圧の大きさを外部信号に応じて変
化させる補助電圧可変機能を備えた、という構成を採っ
ている。これらにより、前述した目的を達成しようとす
るものである。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明では、装置を稼動状態に設
定すると、電圧駆動部により、例えば、振動手段として
の圧電素子が振動され、この振動によりトナー収納部内
に滞積されていたトナーが当該トナー保持部の内部空間
に舞い上がる。この状態で、制御電極にトナー吐出用の
電圧が印加されると、当該空間に舞い上がり摩擦が減少
した帯電トナーに電界が働き、トナー吐出口から吸引電
極に向けてトナーの吐出（飛翔）が行われる。

【００１５】請求項２記載の発明では、トナー吐出の際
に補助電極にトナーと逆極性の電圧が印加され、空間に
舞い上がったトナーに、制御電極のみによる電界と比べ
てより強い電界が作用する。

【００１６】請求項３記載の発明では、電圧駆動部に外
部入力される信号（印刷データ等）に応じて振動手段の
振動周波数が変化され、これにより、トナーの空間への
舞い上がり具合が変化される。

【００１７】請求項４又は５記載の発明では、電圧駆動
部に外部入力される信号に応じて制御電極又は補助電極
に印加される電圧の大きさが変化され、これにより、ト
ナーに作用する電界の強さが変化される。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて説
明する。

【００１９】この図１において、ヘッド本体２は、記録
紙Ｐを介し、電圧源１６により所定の電位に設定された
吸引電極１に対向して配設されている。このヘッド本体
２には、吸引電極１とは逆極性に帯電されたトナーＴを
収納する筒状のトナー保持部３が当該吸引電極１と対向
して配設されている。このトナー保持部３の吸引電極１
側には、トナー保持部３に保持されているトナーＴを吸
引電極１に向けて飛び出させるためのトナー吐出口４が
設けられている。また、このトナー吐出口４には、トナ
ー吐出制御用の制御電極５及び基準電極６が配設されて
いる。更に、制御電極５には、当該制御電極５に外部信
号に基づいて所定の制御電圧を印加する電圧駆動部７が
接続されている。

【００２０】また、トナー保持部３には、電圧駆動部７
により駆動され当該トナー保持部３に保持されたトナー
を振動させる振動手段８が併設されている。

【００２１】これを更に詳述すると、本実施例におい
て、吸引電極１には円筒ドラム形状のものが用いられて
おり、記録紙Ｐの搬送方向に沿って回転可能に装備され
ている。吸引電極１は、電圧源１６によって所定の正電
位に設定されている。

【００２２】ヘッド本体２は、モールド材等の樹脂系材
料により形成され、これにエキシマレーザ，炭酸ガスレ
ーザ又はサンドブラスト法等による加工手段が施され、
ノズル状のトナー保持部３が形成されている。このよう
にトナー保持部３はノズル状の細径のものゆえ多量のト
ナーＴを保持することはできず、これがため、終端側
（図の右側）の供給路からトナーＴが適宜供給されるよ
うになっている。トナー保持部３の壁面の一部は容易に
変形するドライフィルム１７が接着されることにより形
成され、このドライフィルム１７に振動手段８としての
圧電素子８が接着により当接装備されている。圧電素子
８は電気信号の印加により機械的振動を発生する。ここ
では、ドライフィルムに替えて振動板を用いても良い。

【００２３】このように形成されたトナー保持部３の先
端（図１の左側）には、トナー吐出口（アパーチャ）４
が形成されている。形成には、通常半導体の実装に用い
られるＴＡＢキャリアテープ９に穴を設け、薄い樹脂フ
ィルム１０を介し、トナー保持部３との位置が一致する
ように接着剤等で接着する。このとき、ＴＡＢキャリア
テープ４の表面に、トナー吐出口４に対応したドーナツ
型の制御電極５を配設すると共に、裏面には、やはりド
ーナツ形状の基準電極６を配設する。基準電極６は接地
されている。ここで、ノズル状のトナー保持部３は、同
一構造のものをヘッド本体２に複数形成してもよい。

【００２４】電圧駆動部７は、トナーＴの吐出時に制御
電極５を正電位に設定するパルス発生器１３と、印刷デ
ータ信号などの外部信号Ｓに応じてこのパルス発生器１
３の駆動及び圧電素子８の駆動を制御する制御手段２５
とを備えている。ここで、パルス発生器１３は、例えば
ワンショットマルチバイブレータにより構成される。本
実施例において、電圧駆動部７は、振動手段（圧電素
子）８に印加する電圧の周波数を外部信号Ｓに応じて変
化させる周波数可変機能と、制御電極５に印加すべき電
圧の大きさを外部信号Ｓに応じて変化させる制御電圧可
変機能とを備えている。これら各機能は、マイクロコン
ピュータを備えた制御手段２５の機能として実現される
ようになっている。ここで、制御手段２５は、外部信号
Ｓに応じて圧電素子８への駆動電圧を入切する機能を備
えていても良い。

【００２５】また、記録紙Ｐは、搬送ローラ１８と紙送
りローラを兼ねた転写ローラ１９とにより、吸引電極１
の回転を伴って矢印方向に搬送されるようになってい
る。ここで、本実施例において用いられるトナーは負極
性に帯電されたものである。

【００２６】次に、本実施例の全体動作を説明する。

【００２７】装置全体を稼動状態に設定すると、吸引電
極１に所定の正電圧が印加され、記録紙Ｐのヘッド側表
面に誘電分極による正電荷が現れる。また、記録紙Ｐが
所定速度で搬送され、印刷可能な状態となる。そして、
制御手段１５に外部信号Ｓが入力されると、制御手段１
５は、制御電極５に印加すべき電圧の大きさと圧電素子
８に印加すべき電圧の周波数を決定し、まず、圧電素子
８を駆動する。これにより、圧電素子８が定められた振
動数で振動し、この振動がトナー保持部３内のトナーＴ
に伝達される。この振動のエネルギーにより、それまで
滞積していたトナーＴは、トナー保持部３内に舞い上が
る。

【００２８】続いて、外部信号Ｓを解釈した制御手段１
５がトナー吐出のためパルス発生器１３に指令を出力す
ると、制御電極５に正電圧が印加され、これにより、吸
引電極１の作用による電界と制御電極５の作用による電
界とが形成される。これらの電界の作用により、トナー
保持部３内に舞い上がり摩擦が軽減されたトナーＴが容
易にトナー吐出口４を通過し、吸引電極１に向かって飛
翔する。そして、飛翔した所定量のトナーＴは誘電分極
した記録紙Ｐに引きつけられ、当該記録紙Ｐに付着す
る。制御電極５には、外部信号Ｓに応じて断続的に電圧
が印加され、これにより、記録紙Ｐの表面に画像が形成
される。

【００２９】ここで、圧電素子８に印加される電圧の周
波数が変動されると、圧電素子８の振動数が変化し、ト
ナー保持部３に保持されたトナーＴの舞い上がり具合が
変化する。これにより、トナーＴの時間当たりの吐出量
が増減され、記録紙Ｐ上に形成される画像に濃淡の表現
が加えられる。一方、制御電極５に印加する電圧を変化
させると、トナー飛翔用電界の強さが変化する。このた
め、トナーＴの吐出力及び時間当たりの吐出量が変化さ
れ、この結果、記録紙Ｐ上に形成される画像の濃度及び
解像度が調整される。

【００３０】このように、本実施例によれば、トナー保
持部内のトナーを振動手段により予め舞い上がらせてお
くので、摩擦が大幅に軽減されたトナーのトナー吐出口
（アパーチャ）への供給及び記録紙への飛翔を電界の変
化に速やかに追従させて行うことができ、これがため、
高速な画像形成を行うことができる。また、従来例のよ
うにブラシ等を用いないで構成できるので、装置の小型
化を図ることができる。

【００３１】また、電圧駆動部が、外部信号に応じて振
動手段に印加する電圧の周波数を変化させる周波数可変
機能を備えているので、トナー保持部内に保持されたト
ナーの舞い上がり具合を調整することができ、これによ
り、時間当たりのトナーの吐出量（飛翔量）を調整する
ことができ、記録紙表面に形成されるトナー像に濃淡表
現を施すことができる。

【００３２】更に、電圧駆動部は、外部信号に応じて制
御電極に印加する電圧の大きさを外部信号に応じて変化
させる制御電圧可変機能を備えているので、制御電極の
形成するトナー飛翔用の電界の強さを調整することがで
き、これにより、トナーの吐出力（吐出速度）及び時間
当たりのトナー吐出量を調整することができ、記録紙に
形成される画像の解像度及び濃淡を調整することができ
る。

【００３３】ここで、電圧駆動部の周波数可変機能及び
制御電圧可変機能は必要に応じて装備されれば良い。

【００３４】次に、本発明の他の実施例を図２に基づい
て説明する。

【００３５】この図２に示す実施例は、上記第１の実施
例において、トナー保持部３のトナー供給側端部に、電
圧駆動部３により駆動され当該トナー保持部３に保持さ
れたトナーＴと同極性の電圧が印加される補助電極１２
を備えたものである。また、電圧駆動部２７は、補助電
極１２に印加する電圧の大きさを外部信号Ｓに応じて変
化させる補助電圧可変機能を備えている。ここで、符号
１４は、補助電極１２に電圧を印加するパルス発生器を
示す。その他の構成は上述した実施例と同一に構成され
ている。本実施例において、補助電極１２には制御電極
５と同時に電圧が印加されるようになっている。

【００３６】これによると、トナー吐出時に、制御電極
５が正電位に設定され、一方の補助電極１２が負電位に
設定されるので、当該補助電極１２と制御電極５との間
に一貫した電界が形成され、トナー保持部３内のトナー
全体が吐出方向に押し出される。このため、トナー保持
部３のトナーＴ全体がトナー吐出口（アパーチャ）近傍
に供給される。

【００３７】ここで、補助電極１２に印加される電圧が
変化されると、制御電極５との間に形成される電界の強
さが変化され、トナー吐出口近傍へのトナーＴの供給量
及びトナー吐出力等が変化される。

【００３８】このように、本実施例によれば、上記第１
の実施例と同等の作用効果に加え、更に、トナーと逆極
性の電圧が印加される補助電極をトナー供給側の端部に
設けたことより、トナー保持部内のトナー全体をトナー
吐出口側により容易に供給することができ、これによ
り、トナー吐出量のむらを抑制すると共にトナーの吐出
力を向上することができ、これがため、記録紙に形成さ
れるトナー像の解像度を向上し安定した画像形成を行う
ことができる。また、電圧駆動部の制御手段は、外部信
号に応じて補助電極に印加する電圧を変化する機能を備
えているので、必要に応じて解像度の変化等を画像表現
に取り入れることができる。

【００３９】ここで、補助電極１２の電位を、トナー飛
翔時には基準電極６より低電位に設定し、それ以外の時
には高電位に設定してもよい。かかる場合、トナーＴが
トナー飛翔電界により容易に応答できるような追従電界
（補助電極１２による電界）を生じさせることができ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによると、トナー保持部内のトナーを振動
手段により予め舞い上がらせておくので、摩擦が大幅に
軽減されたトナーのトナー吐出口（アパーチャ）への供
給及び記録紙への飛翔を電界の変化に速やかに追従させ
て行うことができ、これがため、高速な画像形成を行う
ことができる。また、従来例のようにブラシ等を用いず
に構成できるので、装置の小型化を図ることができる。

【００４１】請求項２記載の発明では、トナーと逆極性
の電圧が印加される補助電極をトナー保持部のトナー供
給側端部に設けたことより、トナー保持部内のトナー全
体をトナー吐出口側により容易に供給することができ、
これにより、トナー吐出量のむらを抑制すると共にトナ
ーの吐出力を向上することができ、これがため、記録紙
に形成されるトナー像の解像度を向上し安定した画像形
成を行うことができる。

【００４２】請求項３記載の発明では、電圧駆動部が、
外部信号に応じて振動手段に印加する電圧の周波数を変
化させる周波数可変機能を備えているので、トナー保持
部内に保持されたトナーの舞い上がり具合を調整するこ
とができ、これにより、時間当たりのトナーの吐出量
（飛翔量）を調整することができ、記録紙表面に形成さ
れるトナー像に濃淡表現を施すことができる。

【００４３】請求項４記載の発明では、電圧駆動部は、
外部信号に応じて制御電極に印加する電圧の大きさを外
部信号に応じて変化させる制御電圧可変機能を備えてい
るので、制御電極の形成するトナー飛翔用の電界の強さ
を調整することができ、これにより、トナーの吐出力
（吐出速度）及び時間当たりのトナー吐出量を調整する
ことができ、記録紙に形成される画像の解像度及び濃淡
を調整することができる。

【００４４】請求項５記載の発明では、電圧駆動部が、
外部信号に応じて補助電極に印加する電圧を変化する補
助電圧可変機能を備えているので、追従電界の強さを変
化させることができ、必要に応じて解像度の変化等を画
像表現に取り入れることができる、という従来にない優
れたトナー飛翔式記録装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す一部省略した縦断面図
である。

【図２】本発明の他の実施例を示す一部省略した縦断面
図である。

【符号の説明】

１ 吸引電極 ２ ヘッド本体 ３ トナー保持部 ４ トナー吐出口（アパーチャ） ５ 制御電極 ６ 基準電極 ７ 電圧駆動部 ８ 振動手段 １２ 補助電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の電位に設定された吸引電極と、こ
   の吸引電極に記録媒体を介して対向するヘッド本体とを
   備え、このヘッド本体に、前記吸引電極とは逆極性に帯
   電されたトナーを一時的に保持する筒状のトナー保持部
   を前記吸引電極と対向して配設し、このトナー保持部の
   前記吸引電極側にトナー吐出口を設け、このトナー吐出
   口にトナー吐出制御用の制御電極及び基準電極を配設す
   ると共に、このトナー吐出用の制御電極に外部信号に基
   づいて所定の制御電圧を印加する電圧駆動部とを備えて
   成るトナー飛翔式記録装置において、 前記トナー保持部に、前記電圧駆動部により駆動され当
   該トナー保持部に保持されたトナーを振動させる圧電素
   子等の振動手段を併設したことを特徴としたトナー飛翔
   式記録装置。
2. 【請求項２】 前記筒状に形成されたトナー保持部のト
   ナー供給側端部に、前記電圧駆動部により駆動され当該
   トナー保持部に保持されたトナーと同極性の電圧が印加
   される補助電極を備えたことを特徴とした請求項１記載
   のトナー飛翔式記録装置。
3. 【請求項３】 前記電圧駆動部が、前記振動手段に印加
   する電圧の周波数を外部信号に応じて変化させる周波数
   可変機能を備えたことを特徴とした請求項１又は２記載
   のトナー飛翔式記録装置。
4. 【請求項４】 前記電圧駆動部が、前記制御電極に印加
   する電圧の大きさを外部信号に応じて変化させる制御電
   圧可変機能を備えたことを特徴とした請求項１，２又は
   ３記載のトナー飛翔式記録装置。
5. 【請求項５】 前記電圧駆動部が、前記補助電極に印加
   する電圧の大きさを外部信号に応じて変化させる補助電
   圧可変機能を備えたことを特徴とした請求項２記載のト
   ナー飛翔式記録装置。