JPH0885228A - 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を有する開
口部１２に、帯電トナー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ローラ２と
トナー担持ローラ１６との間に、圧電材料のシート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。トナー担持ローラ１６を第１電極を兼ねるように構
成する。画像形成時に電圧印加すると、制御電極１３と
トナー担持ローラ１６との電界により、シート１１の厚
さが圧電効果にて膨張し、トナー担持ローラ１６表面と
の隙間を少なくして、トナー１８を開口部１２内に導き
易くすると共に、静電気力にて帯電トナー１８が開口部
１２内を画像記録媒体３に向かって飛翔させる。

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において、前記
電極アレイにおける絶縁シートの片面側である前記トナ
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
の技術的課題を解決して、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において、前記トナー供給手
段を第１電極を兼ねるように構成し、前記電極アレイの
少なくとも前記各開口部の近傍に、前記制御電極と前記
第１電極とより形成される電界にて厚みを変動させるよ
うにしたフィルム状の圧電材料からなる圧電手段を配置
した構成にしたものである。

【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１におけ
る前記圧電手段を、電極とフィルム状の圧電材料とから
なる複数の積層構造としたものである。請求項３に記載
の発明は、請求項１または請求項２における画像形成装
置において、前記電極アレイにおける開口部近傍におい
て、前記圧電手段における電極へのリード部または制御
電極へのリード部を、トナー供給手段によるトナー搬送
の下流側に位置する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厚さのポ
リフッ化ビニリデン製のフィルム状の圧電材料からなる
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、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、シート１１の上側
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は後述するトナー担持ローラ１
６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。

【００１０】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。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第１電極を兼ね
るトナー担持ローラ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。

【００１１】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
用ブレード１７が設けられている。このトナー層規制用
ブレード１７はトナー担持ローラ１６の長さとほぼ等し
く形成され、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。

【００１２】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。背面電極ロー
ラ２とトナー担持ローラ１６との間には直流電源２２が
接続され、背面電極ローラ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（ＩＣ、集積回路）２１が接続されている。
従って、トナー担持ローラ１６は第１電極を構成する。
そして、画像形成データに基づいて制御電極１３に−３
０Ｖもしくは＋３０Ｖに電圧印加されるようになってい
る。

【００１３】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。

【００１４】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、トナー
層規制用ブレード１７にてトナー１８が薄層化されると
共にマイナスに帯電される。

【００１５】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の下面のシート１１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＋３
０Ｖ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（第１電極）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１
６表面との距離に反比例するものである。

【００１６】これと同時に、制御電極１３とトナー担持
ローラ１６との間の電界により、図３に示すように、圧
電材料としてのシート１１はその厚さが厚くなるように
変形する（圧電効果）。この場合、リード部１３ｂが、
トナー担持ローラ１６の回転下流側に延びているので、
このリード部１３ｂ側（回転下流側）の電界強度がその
反対の回転上流側より強くなり、従って、ポリフッ化ビ
ニリデン製のフィルム状の圧電材料であるシート１１の
厚さはその下流側で大きい範囲にわたって且つ大きく厚
さ方向に膨張するように弾性変形し、シート１１の下面
のうちトナー担持ローラ１６の回転下流側での隙間が小
さくなる障壁２３が形成される（図３参照）。従って、
トナー担持ローラ１６の表面に担持されて開口部１２ま
で搬送されたトナー１８は、前記障壁２３によって開口
部１２の内側に導かれる。

【００１７】これと同時に、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１
８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。

【００１８】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−３０Ｖ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。

【００１９】また、このとき、図４に示すように、制御
電極１３とトナー担持ローラ１６との間の電界によっ
て、圧電材料としてのシート１１はその厚さが薄くなる
ように変形する（圧電効果）。この場合、リード部１３
ｂが、トナー担持ローラ１６の回転下流側に延びている
ので、このリード部１３ｂ側（回転下流側）の電界強度
がその反対の回転上流側より強くなり、従って、ポリフ
ッ化ビニリデン製のフィルム状の圧電材料であるシート
１１の厚さはその下流側で大きい範囲にわたって且つ大
きく厚さ方向に縮小するように弾性変形し、シート１１
の下面のうちトナー担持ローラ１６の回転下流側での前
記障壁２３が消えて隙間が大きくなる。従って、トナー
担持ローラ１６の表面に担持されたトナー１８は、開口
部１２内径部に引っ掛かることなく下流側に円滑に搬送
される。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。

【００２０】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
像が定着されるのである。

【００２１】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。圧電材料としての圧電ポリマー
は、ポリフッ化ビニリデンの他、ポリフッ化ビニリデン
の共重合体であるＰ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）やＰ（ＶＤＦ
−ＴｅＦＥ）、またはシアノビニリデンと酢酸ビニルの
共重合体であるＰ（ＶＤＣＮ−ＶＡｃ）等があり、圧電
セラミックスと高分子との複合材料である圧電複合材料
（ＰＺＴ／ゴム）等も使用することができる。

【００２２】図５は他の実施例を示し、電極アレイ１
を、圧電材料からなるフィルム状のシート１１に穿設し
た開口部１２を囲むようにした環状の制御電極部１３ａ
と、トナー担持ローラ１６の回転下流側に延びるリード
部１３とからなる制御電極１３を、前記シート１１の上
面に形成すると共に、このシート１１の上面には、トナ
ー担持ローラ１６の回転下流側に延びる圧電材料の第２
フィルム２５を積層し、その第２フィルム２５の上面及
び前記シート１１の下面に第２電極２６，２７をトナー
担持ローラ１６の回転下流側に延びるように形成し、制
御電圧印加回路２１にて制御電極１３への電圧印加時
（ＯＮ時であり、画像形成部に対応する）に、前記２つ
の第２電極２６，２７にも所定の電圧を印加するように
構成する。

【００２３】このように積層構造に構成すると、単一の
圧電材料のフィルム状のシート１１による厚さ方向の弾
性変形量が増大するので、画像形成時には、開口部１２
のうちトナー担持ローラ１６の回転下流側で、トナー１
８を堰き止めする作用を一層増大させることができると
いう効果を奏する。このように本発明では、導電性で、
第１電極を兼ねるトナー担持ローラ１６の表面に帯電状
態で担持されたトナー１８は、画像形成時には、圧電手
段としての圧電材料のフィルム状のシート１１に穿設さ
れた開口部１２の制御電極１３とトナー担持ローラ１６
との間の電界による静電力を受けて飛翔すると同時に、
制御電極１３とトナー担持ローラ１６との間の電界によ
る圧電効果にて、当該シート１１がその厚さ方向に膨張
して、トナー担持ローラ１６の表面とシート１１下面と
の隙間を少なくし、トナー１８が開口部１２に導かれ易
くなる。反対に、非画像形成部分に対しては、制御電極
１３とトナー担持ローラ１６との電界にて開口部１２内
をトナー１８が飛翔しないように制御すると共に、圧電
材料のフィルム状のシート１１の厚さを薄くなるよう弾
性変形してトナー担持ローラ１６表面に担持されたトナ
ー１８を開口部１２内に導くことを防止できるからコン
トラストの良い画像を形成することが容易となり、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。

【００２４】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。

【００２５】

【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第１電極を兼ねるように
構成し、前記電極アレイの少なくとも前記各開口部の近
傍に、前記制御電極と前記第１電極とより形成される電
界にて厚みを変動させるようにしたフィルム状の圧電材
料からなる圧電手段を配置した構成にしたものであるか
ら、第１電極を兼ねるトナー供給手段の表面に帯電状態
で担持されたトナーは、画像形成時には、圧電手段とし
ての圧電材料のフィルム状の圧電手段に穿設された開口
部の制御電極と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と同時に、制御電極と第１電極とし
てのトナー供給手段との間の電界による圧電効果にて、
フィルム状の圧電手段がその厚さ方向に膨張して、圧電
手段とトナー供給手段の表面との隙間を少なくし、トナ
ーが開口部に導かれ易くなる。反対に、非画像形成部分
に対しては、制御電極とトナー供給手段との電界にて開
口部内をトナーが飛翔しないように制御すると共に、圧
電材料のフィルム状の圧電手段の厚さを薄くなるよう弾
性変形してトナー供給手段表面に担持されたトナーを開
口部内に導くことを防止できるから、コントラストの良
い画像を形成することが容易となり、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
きるという効果を奏するのである。

【００２６】また、請求項２に記載の発明では、請求項
１記載の前記圧電手段を、電極とフィルム状の圧電材料
とからなる複数の積層構造としたものであるから、フィ
ルム状の圧電手段がその厚さ方向に膨張し、または、反
対に、厚さ方向に収縮する量が一層の場合に比べて大幅
に増大するので、開口部内へのトナーの導びきの有無を
一層確実にでき、コントラストの良い画像形成装置を提
供することができるという効果を奏する。

【００２７】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
または請求項２記載の画像形成装置において、前記電極
アレイにおける開口部近傍において、前記圧電手段にお
ける電極へのリード部または制御電極へのリード部を、
トナー供給手段によるトナー搬送の下流側に位置するよ
うに構成したものであるから、圧電効果による圧電手段
の厚さの弾性変形がトナー供給手段によるトナー搬送の
下流側で大きく、上流側で小さくできることになり、開
口部内へのトナーの導びきの有無を一層確実にでき、コ
ントラストの良い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。

【図３】画像形成時の圧電材料からなるシートの厚み方
向の弾性変形を示す要部拡大断面図である。

【図４】非画像形成時の圧電材料からなるシートの厚み
方向の弾性変形を示す要部拡大断面図である。

【図５】圧電材料からなるシートの他の実施例を示す要
部拡大断面図である。

【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 圧電材料からなるシート 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 絶縁性トナー ２１ 制御電圧印加回路 ２２ 直流電源

Claims (3)

【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第１電極を兼ねるように構
   成し、前記電極アレイの少なくとも前記各開口部の近傍
   に、前記制御電極と前記第１電極とより形成される電界
   にて厚みを変動させるようにしたフィルム状の圧電材料
   からなる圧電手段を配置したことを特徴とする画像形成
   装置。
2. 【請求項２】 前記圧電手段を、電極とフィルム状の圧
   電材料とからなる複数の積層構造としたこと特徴とする
   請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記電極アレイにおける開口部近傍にお
   いて、前記圧電手段における電極へのリード部または制
   御電極へのリード部を、トナー供給手段によるトナー搬
   送の下流側に位置するように構成したことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の画像形成装置。