JPH0885227A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】電極アレイ１における制御電極１３に近い位置
に、絶縁性トナー１８を搬送して低い制御電圧の印加に
て充分な印字濃度の画像形成を行うことができるように
する。 【構成】画像記録媒体３が当接する背面電極体２とトナ
ー担持ローラ１６との間に、複数の開口部１２を有する
電極アレイ１を配置する。トナー担持ローラ１６の表面
を、導電性多孔質層１６ｂにて形成して、該導電性多孔
質層１６ｂの表面の一部を電極アレイ１における絶縁シ
ート１１に接触させるよう構成すると、導電性多孔質層
１６ｂの孔にて絶縁性トナー１８を積極的に開口部１２
近傍に搬送でき、且つ導電性多孔質層１６ｂの表面と各
開口部１２の制御電極１３との距離を短くできる結果、
低い制御電圧の印加にて充分な印字濃度の画像形成を行
うことができる。

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、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３−２１５８７４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、トナー供給手段に
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であって、前記
電極アレイにおける絶縁シートの片面である前記トナー
供給手段と対向する側に基準電極を形成し、画像記録媒
体と対向する側には、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、トナー供給手段は、ブラシ
を円周面に多数植設した回転するトナー担持体と、前記
ブラシに接触させてトナーをはねあげてクラウド状（煙
状）にするためのブレードとにより構成することを提案
した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記画
像形成装置では、電界の影響が及ぶ領域は、電極アレイ
における開口部内の基準電極と制御電極との間の狭い空
間にしか形成できなかった。また、前記ブラシとブレー
ドとは電界形成の役割をせず、トナーのクラウドを成形
するだけのものであり、しかも、トナーのクラウドが発
生する箇所が開口部から離れた位置であるため、前記電
極アレイの基準電極と制御電極との間の開口部内の電界
中にクラウド状のトナーを積極的に搬送し誘導すること
ができず、前記電界中のトナー濃度が不十分となり、印
字濃度を充分に濃くすることができないという問題があ
った。

【０００４】この欠点を解消するため、トナーの飛翔量
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、基準電極と制御電極との間の電位
差を高めるには、駆動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、これらの技術的課題を達成して、低い制
御電圧により、充分な印字濃度を得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。

【０００５】

【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に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、前記トナー供給手
段を、電極を兼ねるように導電性多孔物質にて構成し、
前記電極アレイにおける制御電極を担持する電気絶縁シ
ートの片面に、前記トナー供給手段の少なくとも一部を
接触させるように構成したものである。

【０００６】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、電極を兼ねるように少なくと
も外周側を導電性多孔物質にて構成したトナー担持ロー
ラにて構成し、該トナー担持ローラの外周面の一部と前
記電極アレイにおける開口部近傍の電気絶縁シートの片
面とを弾性的に接触させたように構成したものである。

【０００７】

【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、背面電極体としての円柱状の背面電
極ローラ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と背面電極ローラ２との間隙に挿
入され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。

【０００８】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厚さの絶
縁基材としてのポリイミド製の絶縁シート１１に、直径
略１００μｍの複数の開口部１２が１列状に形成されて
おり、前記画像記録媒体３と対向する側に前記各開口部
１２毎に区分された制御電極１３を形成する。

【０００９】即ち、絶縁シート１１を貫通して形成され
た丸孔状等の各開口部１２毎に、絶縁シート１１の上側
に、各開口部１２の円周縁に沿って環状の電極部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厚さの銅、金等の金属にて形成されている。絶
縁シート１１の厚みを余り薄くすると、前記制御電極１
３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厚さのポリイミド樹脂が好適である。

【００１０】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の内筒１６ａの外
周部にカーボンを添加して導電性を持たせたスポンジ状
の多孔物質層１６ｂ、例えば、カーボン添加した多孔性
ポリウレタン等を被覆した導電性のトナー担持ローラ１
６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。

【００１１】トナー担持ローラ１６の外周面の一部は、
電極アレイ１の絶縁シート１１の下面であって開口部１
２列の近傍に接触するように配置されている。背面電極
体２とトナー担持ローラ１６の内筒１６ａとの間には直
流電源２２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の内筒１６ａと制御電極１３との間に制御電圧印
加回路（ＩＣ、集積回路）２１が接続され、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。

【００１２】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の外周
表面はスポンジ状の導電性の多孔物質層１６ｂであるの
で、トナー担持ローラ１６はその表面及び微小な孔内に
付着されたトナー１８も含んで全体として同電位にな
る。

【００１３】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の導電性多孔質層１６ｂの表面及び
微小な孔の中に担持されたトナー１８はトナー担持ロー
ラ１６の回転によって電極アレイ１に向かって搬送され
る。トナー担持ローラ１６の表面は電極アレイ１の下面
の絶縁シート１１に擦りつけられ弾性変形し、トナー担
持ローラ１６表面と電極アレイ１とは密着する。このと
き、トナー担持ローラ１６から一部のトナー１８が脱落
し、クラウド状となって開口部１２の下方の導電性多孔
質層１６ｂの微小な孔内の空間に滞留する。トナー担持
ローラ１６からトナー１８が脱落したとき当該トナー１
８はマイナスに大きく帯電させられる。

【００１４】前述のように、マイナスに帯電したトナー
１８がクラウド状となって開口部１２の下方の空間に滞
留した状態において、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に向かう電気力線が形
成される。このときの電気力線の強度は、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。

【００１５】そして、マイナスに帯電したトナー１８
は、制御電極１３からトナー担持ローラ１６に向かう電
気力線により、電位の高い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、背面電極体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。

【００１６】なお、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−１０Ｖ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
との間には前記の画像形成部分に対する電界と逆向の電
界が形成されることになり、トナー担持ローラ１６上の
トナー１８及び開口部１２下方の空間に滞留しているト
ナー１８はトナー担持ローラ１６方向に向かう静電力を
受けるために、これらのトナー１８は開口部１２を通過
することはない。

【００１７】さらに、画像記録媒体３の表面に開口部１
２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
が定着されるのである。

【００１８】上記のように構成された画像形成装置にお
いて、絶縁性トナー１８を用いれば、導電性を有するト
ナー担持ローラ１６と電極アレイ１における制御電極１
３との間の電気絶縁性が保持され、開口部１２が絶縁破
壊されることはない。このように本発明では、導電性で
多孔物質の表面層１６ｂを有する担持ローラ１６の表面
に帯電状態で担持されたトナー１８、及び電極アレイ１
における絶縁シート１１にてトナー担持ローラ１６の表
面が擦られた衝撃にてクラウド状になった帯電状態のト
ナー１８が多孔物質層１６ｂの孔の中に入ったまま開口
部１２の近傍に密度が濃い状態で搬送されると共に、ス
ポンジ状等の弾性質で多孔のトナー担持ローラの表面が
電極アレイ１の開口部１２にきわめて接近するように密
接するので、制御電極１３との距離、換言すると２つの
電極間の距離が至極短くなるので、低い電位差（制御電
圧）であっても、充分に濃い印字濃度を得ることができ
るのである。

【００１９】また、出力電圧の低い駆動回路（ＩＣ）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のである。さ
らに、従来の技術において絶縁シート１１の厚さを薄く
すると、電極アレイ１にしわが発生し易くなり、しわの
影響が印字に現れるという問題があるが、本発明のよう
に、トナー担持ローラ１６表面が弾性質であり、これを
電極アレイに密接させるので、電極アレイ１のしわの影
響を少なくでき、印字濃度ムラが発生することはない。

【００２０】本発明において、トナー担持ローラ１６の
表面材料の他の実施例として、導電性を有する金属製の
ウイスカーや金属細繊維、導電性金属粉末を軟質のスポ
ンジ状の合成樹脂中に混入したものや、カーボンを混入
させた軟質のシリコーンゴム樹脂等の導電性多孔物質を
使用することができる。また、導電性材料として、カー
ボンの他に金属フィラーやＴＣＮＱ（テトラシアノキノ
ジメタン）−ＴＴＦ（テトラチアフルバレン）錯体等の
有機導電性物質を使用しても良い。

【００２１】

【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、前記トナー供給手段を、電極を兼ねるように導
電性多孔物質にて構成し、前記電極アレイにおける制御
電極を担持する電気絶縁シートの片面に、前記トナー供
給手段の少なくとも一部を接触させるように構成したも
のであるから、導電性のトナー供給手段の表面の導電性
多孔物質の箇所に帯電状態で担持されたトナーが電極ア
レイにおける電気絶縁性のシートにて擦られてその衝撃
にてクラウド状になり、そのクラウド状になった帯電状
態のトナーが多孔物質の孔の中に入ったまま開口部の近
傍に密度が濃い状態で搬送されると共に、スポンジ状等
の弾性質で多孔のトナー供給手段の表面が電極アレイの
開口部に密接するので、制御電極との距離、換言すると
２つの電極間の距離が至極短くなるので、低い電位差
（制御電圧）であっても、充分に濃い印字濃度を得るこ
とができるという顕著な効果を奏するのである。

【００２２】また、請求項２に記載の発明では、前記ト
ナー供給手段を、電極を兼ねるように少なくとも外周側
を導電性多孔物質にて構成したトナー担持ローラにて構
成し、該トナー担持ローラの外周面の一部と前記電極ア
レイにおける開口部近傍の電気絶縁シートの片面とを弾
性的に接触させたものであるから、導電性のトナー担持
ローラの表面に帯電状態で担持されたトナーが電極アレ
イにおける電気絶縁性のシートにて擦られた衝撃でクラ
ウド状になり、この帯電状態のトナーが多孔物質の表面
の孔内に留まったまま開口部の近傍に密度が濃い状態で
搬送されると共に、弾性状導電性多孔物質にて構成され
たトナー担持ローラの多孔質の表面の一部と電極アレイ
における制御電極との間の距離を短くできるので、電極
アレイにおける制御電極とトナー担持ローラとの間に印
加される制御電圧が低い電位差であっても、充分に濃い
印字濃度を得ることができるという顕著な効果を奏す
る。

【００２３】また、スポンジ状等の弾性質で多孔のトナ
ー担持ローラの表面の一部を電極アレイに弾性的に接触
させるのであるから、電極アレイが薄い板状で平坦状で
なくとも、開口部とトナー担持ローラ表面との距離を安
定した状態のもとで極めて短い状態に保持でき、安定し
た濃度の印字が可能な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】電極アレイの斜視図である。

【符号の説明】

１ 電極アレイ ２ 背面電極体 ３ 画像記録媒体 ８ トナー供給装置 １１ 絶縁シート 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 １６ｂ 導電性多孔物質層 １８ 絶縁性トナー ２１ 制御電圧印加回路 ２２ 直流電源

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、 前記トナー供給手段を、電極を兼ねるように導電性多孔
   物質にて構成し、前記電極アレイにおける制御電極を担
   持する電気絶縁シートの片面に、前記トナー供給手段の
   少なくとも一部を接触させるように構成したことを特徴
   とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記トナー供給手段を、電極を兼ねるよ
   うに少なくとも外周側を導電性多孔物質にて構成したト
   ナー担持ローラにて構成し、該トナー担持ローラの外周
   面の一部と前記電極アレイにおける開口部近傍の電気絶
   縁シートの片面とを弾性的に接触させたことを特徴とす
   る請求項１記載の画像形成装置。