JPH0948151A

JPH0948151A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH0948151A
Application number: JP20227095A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kagayama; 茂加賀山
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1995-08-08
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】解像度が高く製造が容易な画像形成装置を提
供すること。【解決手段】アパチャ電極体１の絶縁シート２には複
数のアパチャ６が１列並んで形成されていると共に各ア
パチャ６に対応して複数の制御電極４が形成されてい
る。また、絶縁シート２の左右両端には一対の偏向電極
３が配置されている。そして、制御電極４に制御電圧を
印加してアパチャ６からトナーが吐出した時に、偏向電
極３に偏向電圧を印加してトナーを左右方向の何れかに
曲げて飛翔させることにより、見かけ上アパチャ６が並
んだ方向の解像度を倍増した画素の形成を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、プロッタ、ファクシミリなどに利用し得る画像形成
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つとして、複数
の開口部（以下、アパチャと称する）が形成された電極
を用いて、その電極に対して画像データに基いて電圧を
印加し、トナー粒子が前記アパチャを通過し得るよう制
御して、通過したトナー粒子により支持体上に画像を形
成するものが、米国特許第３６８９９３５号の明細書に
おいて開示されている。

【０００３】この画像形成装置は、絶縁体よりなる平板
と、この平板の一方の面に形成される連続した基準電極
と、他方の面に形成される互いに絶縁された複数の制御
電極とからなり、前記各制御電極毎に前記３者を貫いて
少なくも１列のアパチャが形成されたアパチャ電極体
と、前記基準電極と制御電極との間に選択的に電位を与
える手段と、印加された電位によってアパチャを通過す
るトナー粒子の流れが変調されるよう帯電したトナー粒
子を供給する手段と、支持体とアパチャ電極体が相対的
に移動し得るよう支持体を粒子流路中に位置決めする手
段とから構成されている。

【０００４】また、例えば米国特許第４７４３９２６
号、同４７５５８３７号、同４７８０７３３号、および
同４８１４７９６号の明細書には、アパチャ電極体が支
持体側に制御電極、トナー供給側に基準電極を向けて配
設された画像形成装置が開示されている。

【０００５】これに対して、米国特許第４９１２４８９
号の明細書には、アパチャ電極体を支持体側に基準電
極、トナー供給側に制御電極を向けて配設することによ
り、オフ時に制御電極に対して印加される電圧を、上記
米国特許に開示される画像形成装置に比べて１／４程度
に抑えることができることが記載されている。

【０００６】ここにおいて、前記オフ時とは、支持体上
にトナー粒子を付着させない時、すなわち画像の空白部
分を形成する時点を意味するものであり、逆にオン時と
言えば、支持体上にトナー像を形成する時点を意味する
ものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の画像形成装置においては、各アパチャに
対応する制御電極にそれぞれ独立して電圧印加を行って
いた。このため、解像度を高めた印字が可能なヘッドを
開発しようとすると、アパチャ間が狭くなって構造が複
雑化し、その生産が難しくなるという問題点がある。

【０００８】また、従来の画像形成装置においては、解
像度を高めるためアパチャ及び制御電極と駆動素子とを
多数必要となり、コストが高くなるという問題点があ
る。

【０００９】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、簡単な構成で解像度を高くする
ことのできる画像形成装置を提供することを目的として
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１の画像形成装置は、荷電粒子が通過
するための複数の荷電粒子通過部が少なくとも１列並ん
で形成されると共にその複数の荷電粒子通過部の各々に
対応する制御電極を有する電極アレーと、その電極アレ
ーの荷電粒子通過部に荷電粒子を供給するための荷電粒
子供給手段とを備え、電極アレーの荷電粒子通過部を通
過した荷電粒子を記録媒体に付着させて画像を記録する
ようにした画像記録装置において、電極アレーの荷電粒
子通過部を通過した荷電粒子を、その荷電粒子通過部の
並んだ方向と略同じ方向に偏向させるための偏向電界を
発生するための電界発生手段と、その電界発生手段の発
生する偏向電界の向きを制御するための制御手段とを備
えている。従って、荷電粒子通過部を通過した荷電粒子
は偏向電界によって曲げられながら飛翔する。

【００１１】また、請求項２の画像形成装置において
は、制御手段が予め定められたタイミングで偏向電界の
向きを切り換えると共にその切り換えタイミングに応じ
て制御電極に印加する制御電圧を制御して、荷電粒子通
過部の並んだ方向と略同じ方向に荷電粒子を曲げて飛翔
させる。

【００１２】そして、請求項３記載の画像形成装置は、
１画素形成中に複数回、偏向電界の向きの切り換えを行
う。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一つの
実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【００１４】図１は、本実施の形態の画像形成装置の概
要を示す図であり、電極アレーとしてのアパチャ電極体
１の上側には、１ｍｍの間隙を有して、円柱状の背面電
極ローラ２２がシャーシ（図示せず）に回動可能に配設
されており、前記間隙に挿入される用紙等の記録媒体２
０を搬送し得るように構成されている。また、前記アパ
チャ電極体１の下側には、そのアパチャ電極体１の長手
方向に沿って、荷電粒子供給手段としてのトナー供給装
置１０が配設されており、更には、前記背面電極ローラ
２２によって搬送される記録媒体２０の進行先には定着
装置２６が配設されている。

【００１５】次に、上記各構成要素の詳細を説明する
と、前記トナー供給装置１０は、装置全体のハウジング
を兼ねるトナーケース１１と、そのトナーケース１１内
に収納される荷電粒子としてのトナー１６と、供給ロー
ラ１２と、トナー担持ローラ１４と、トナー層規制ブレ
ード１８とから構成されている。ここにおいて、前記ト
ナー担持ローラ１４はトナー１６を担持し、アパチャ電
極体１に向かって搬送するものであり、前記供給ローラ
１２は、トナー担持ローラ１４に対してトナー１６を供
給するものである。

【００１６】そして、前記供給ローラ１２とトナー担持
ローラ１４は、トナーケース１１に図示する矢印方向に
回転可能に支持されており、両者は接した状態で平行に
配設されている。また、前記トナー層規制ブレード１８
は、トナー担持ローラ１４に担持されるトナー１６の量
がローラ面上で均一になるよう調整するとともに、その
トナー１６を均一に帯電させるためのものであり、トナ
ー担持ローラ１４に圧接されている。

【００１７】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に厚さ２５μｍのポリイミド製の絶縁シート２に９０μ
ｍ×４０μｍの四角形をした荷電粒子通過部としての複
数のアパチャ６が１列並んで形成され、且つそのアパチ
ャ短辺に沿って厚さ８μｍの制御電極４が配置されてい
る。各制御電極４は、トナー供給方向の反対方向から導
線を引き回されていて、制御電圧印加回路８の各駆動素
子９にそれぞれ接続されている。そして、制御電極４
は、駆動素子９を介して−３０Ｖもしくは＋３０Ｖが印
加されるように構成されている。ここで、アパチャ６は
必ずしも図２に示すように四角形に限られるものではな
く、例えば、直径６０μｍの円形でもよく、その他、楕
円形、三角形、平行四辺形等の形状のものでもよい。

【００１８】さらに絶縁シート２の両端には、一対の偏
向電極３が配置されている。偏向電極３は、偏向電圧印
加回路４０と接続され、アパチャ６から飛びだしたトナ
ー１６に偏向電界をかけてトナー１６の飛翔方向を左右
方向（アパチャ６が並んだ方向）に曲げるため、±５ｋ
Ｖがそれぞれ所定のタイミングで切り換わって印加され
るように構成されている。よって、この偏向電極３と偏
向電圧印加回路４０とが電界発生手段を構成している。

【００１９】また、制御電圧印加回路８及び偏向電圧印
加回路４０には制御手段としてのＣＰＵ４２が接続され
ており、ＣＰＵ４２は後述するフローチャートに従って
動作するように構成されている。そして、ＣＰＵ４２に
は記録媒体２０を搬送するための背面電極ローラ２２等
を含む送り装置４４が接続されている。

【００２０】更には、前記背面電極ローラ２２とトナー
担持ローラ１４との間には直流電源２４が接続されてお
り、この直流電源は前記背面電極ローラ２２に対して＋
１ｋＶの電圧を印加し得るようになっている。

【００２１】そして、前記アパチャ電極体１は、図１に
示すように記録媒体２０側に制御電極４及び偏向電極３
を対向させた状態で、絶縁シート２のアパチャ位置でト
ナー担持ローラ１４に対して圧接されている。

【００２２】ここにおいて、前記アパチャ電極体１のア
パチャ６とトナー担持ローラ１４との位置関係の詳細を
説明すると、図３に示すように、各アパチャ６は各々の
中心線３０がトナー担持ローラ１４の周面の最上部分
と、トナー担持ローラ１４の中心軸３２とを通過するよ
うに配置されている。これによれば、各アパチャ６は、
トナー担持ローラ１４の周面の最上部分を基準として、
左右に均等に配置されることにより、各アパチャ６を通
過するトナー１６の分布をアパチャ内の全域で均一にす
ることができる。また、アパチャ６の壁面とトナー１６
の飛翔方向とが平行であるため、安定してトナーを飛翔
させることができる。

【００２３】更には、アパチャ電極体１自体は、図３に
示すようにトナー担持ローラ１４に対して、アパチャ６
を中心として左右に同じ角度だけたわむように圧接され
ている。これにより、アパチャ電極体１とトナー担持ロ
ーラ１４との接触面積を大きくすることができるととも
に、アパチャ６の下部周辺を左右均一に圧接することが
できるため、トナーの濃度むらが発生することを極力抑
えることができる。

【００２４】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作を説明する。

【００２５】まず始めに、トナー担持ローラ１４と供給
ローラ１２の図１に示す矢印方向の回転により、供給ロ
ーラ１２から送られてくるトナー１６はトナー担持ロー
ラ１４に擦りつけられ、マイナスに帯電させられてトナ
ー担持ローラ１４上に担持される。担持されたトナー１
６は、層規制ブレード１８によって薄層化されるととも
に帯電された後、トナー担持ローラ１４の回転によって
アパチャ電極体１に向かって搬送される。そして、トナ
ー担持ローラ１４上のトナーはアパチャ電極体１の絶縁
シート２に擦られつつアパチャ６の下に供給される。

【００２６】この状態において、図５の印字画素の模式
図に示すように、１つのアパチャ６に対して、左側にト
ナー１６を曲げて飛翔させて１画素を形成する場合（t₀
〜ｔ_１）、右側にトナー１６を曲げて飛翔させて１画素
を形成する場合（ｔ_１〜t₂）、左右両側にトナー１６を
曲げて飛翔させて２画素を形成する場合（t₂〜t₃）、画
素を形成しない場合（t₃〜）について、図４のタイミン
グチャート及び図６のフローチャートに従って説明す
る。

【００２７】まず、ＣＰＵ４２は、ステップＳ１（以下
単にＳ１と称す、他のステップも同じ）において、偏向
電界を左向きに形成する。これは図２における右側の偏
向電極３に−５ｋＶの電圧を印加し左側の偏向電極３に
＋５ｋＶの電圧を印加するように偏向電圧印加回路４０
を制御することによって行なわれる。

【００２８】次に、ＣＰＵ４２は、Ｓ２において印字位
置の判別がなされ、今回は左側に画素を形成するため、
Ｓ３において制御電極４に＋３０Ｖが印加される。この
ような電圧印加により、負帯電したトナー１６は制御電
極４に引っ張りあげられて、アパチャ６を通過し、左向
きに形成された偏向電界によって左側に曲げられて飛翔
して記録媒体２０上の左側に１ドットが形成される。

【００２９】そして、ＣＰＵ４２は、Ｓ４において所定
のタイミング（図４のＴｐ／６）になったことを判別す
ると、ステップＳ５において、偏向電界を右向きに形成
する。これは図２における右側の偏向電極３に＋５ｋＶ
の電圧を印加し左側の偏向電極３に−５ｋＶの電圧を印
加するように偏向電圧印加回路４０を制御することによ
って行なわれる。次に、ＣＰＵ４２は、Ｓ６において印
字位置の判別がなされ、今回は左側に画素を形成するた
め、Ｓ７において制御電極４に−３０Ｖが印加される。
非印字電界である−３０Ｖを印可されたときには、負帯
電トナーは、アパチャ６を通過することはなく、そのま
まトナー担持ローラ１４に乗って送られるため、記録媒
体２０上の右側にはドットは形成されない。

【００３０】そして、ＣＰＵ４２は、Ｓ８において所定
のタイミング（図４の２Ｔｐ／６）になったことを判別
すると、ステップＳ９において１ドット分だけ記録媒体
２０を送り、Ｓ１以降の動作を３回繰り返して、３ドッ
トからなる左側の１画素を形成する。

【００３１】このように１つの画素の形成に必要なピク
セルタイムＴｐにおいて、所定のタイミングにて偏向電
界の向きを左右に周期的に切り換え、偏向電界が左向き
になった時のみ制御電極４に＋３０Ｖを印加することに
より、アパチャ６に対して記録媒体２０上の左側のみに
画素を形成できる。

【００３２】次に、図４及び図５に示すように、ＣＰＵ
４２は、時刻t₁になると、偏向電界が左向きの時に制御
電極４に−３０Ｖを印加し（Ｓ１０）、偏向電界が右向
きの時に制御電圧４に＋３０Ｖを印加して（Ｓ１１）、
アパチャ６に対して記録媒体２０上の右側に１画素を形
成する。

【００３３】更に、時刻t₂からは、ＣＰＵ４２は、偏向
電界の向きに係わらず制御電極４に＋３０Ｖを印加して
（Ｓ３，Ｓ１１）、アパチャ６に対して記録媒体２０上
の左右両側に１画素づつを形成する。

【００３４】そして、時刻t₃からは、ＣＰＵ４２は、偏
向電界の向きに係わらず制御電極４に−３０Ｖを印加し
て（Ｓ１０，Ｓ７）、アパチャ６に対して記録媒体２０
上の左右いずれにも画素を形成しない。

【００３５】そして、上記のプロセスを繰り返すことに
より記録媒体２０の全面にトナー像が形成される。その
後、形成されたトナー像は、定着装置２６によって記録
媒体２０上に定着される。

【００３６】以上の電界印可プロセスにより、１つのア
パチャ６に対して記録媒体２０上の左右の位置に任意の
画素を形成する事が可能になる。つまり一つの駆動素子
９に接続されている制御電極４により、異なった位置に
画素を形成することができる。従って、駆動素子９を構
成するＩＣ数を増大させることなく解像度を高めた画素
を印字することができる。

【００３７】尚、本実施の形態においては、時分割駆動
を行なうことによって、左右のドットを切り換えている
が、１ドット形成毎に記録媒体２０を間欠的に搬送する
構成のため左側にドットを形成する場合と、右側にドッ
トを形成する場合とで記録媒体２０の搬送方向における
ドットの形成位置がズレることはない。

【００３８】また、記録媒体２０を連続的に搬送しても
よいが、記録媒体２０を連続的に搬送すると、左側のド
ットに対して右側のドットが記録媒体２０の搬送方向下
流側にズレてしまう。しかし、本実施の形態において
は、１画素は３ドットから形成されているため、左右の
ドットの形成位置のズレは１ドット（１／３画素）であ
り、あまり目立つことはない。そして、１画素の形成ド
ットを増やすことにより、より左右のドットの形成位置
のズレを目立たなくさせることができる。更に、図２に
おいて、一対の偏向電極３は、記録媒体２０の搬送方向
と直交する方向に配置されているが、左側の偏向電極３
を搬送方向下流側に少しずらして配置すれば、左側のド
ットを形成するトナー１６が偏向電界によって左側に曲
げられる時、搬送方向下流側にも曲げられ、右側のドッ
トを形成するトナー１６が偏向電界によって右側に曲げ
られる時、搬送方向上流側にも曲げられるため、より、
左右のドットの搬送方向の位置ズレを防ぐことができ
る。

【００３９】上記のように構成される画像形成装置にお
いて、絶縁性トナーを用いれば、トナー担持ローラ１４
と制御電極４の間の絶縁性が保たれ、アパチャ６が絶縁
破壊することがない。

【００４０】上記のプロセスにおいて、制御電極４によ
る制御電界は、制御電極４とアパチャ６の内部、および
そのアパチャ６と対向するトナー担持ローラ１４のトナ
ー担持面との間に形成されるので、担持されるトナー１
６に直接、制御電界を印加できるため、制御効率がよ
い。

【００４１】また、供給されるトナー１６の一部が、ア
パチャ電極体１との摺動で機械的な力等を受け、非画像
部に対応するアパチャ６内に進入しても、アパチャ６内
部の電界でアパチャ６を通過しないよう制御できるた
め、トナーの制御性が良い。

【００４２】更には、トナー担持ローラ１４とアパチャ
電極体１はトナー層を挟んで対向しているので、比較的
近距離に配置することができることにより、制御電圧を
低くでき、安価な駆動素子を使用することができる。

【００４３】また、アパチャ電極体１の絶縁性シート２
はトナー担持ローラ１４側に向けられているので、トナ
ー供給系の不具合でトナー担持ローラ１４上にトナー１
６が存在しない場合でも、制御電極４とトナー担持ロー
ラ１４が接触して電気的に短絡し、駆動素子を壊すこと
はない。

【００４４】また、アパチャ電極体１とトナー担持ロー
ラ１４上のトナー１６とは、アパチャ６の入口部分で接
触していることにより、アパチャ６の入口部分に堆積す
るトナー１６は、トナー担持ローラ１４により順次供給
されるトナーにより押し流されるため、トナー１６が堆
積、架橋してアパチャ６を塞ぐことが無い。

【００４５】尚、本発明は、以上詳述した実施の形態に
限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々の変更を加えることが可能である。

【００４６】例えば、上記実施の形態では非画像部分に
対応するアパチャの制御電圧を−３０Ｖとしたが、これ
はゼロ電圧であっても良い。この場合、より低電圧駆動
が可能となる。

【００４７】本実施の形態では、偏向電界を±５ｋＶと
したが、０Ｖと１０ｋＶ等としてもよい。この場合に
は、一方の偏向電極を接地できるので、配置上容易にな
る。

【００４８】また、偏向電界を±５ｋＶと±１０ｋＶと
を切り換えて、左右のそれぞれのドットを遠近２箇所づ
つに制御しするようにしてもよい。この場合、１つのア
パチャ６で４箇所の位置にドットを形成することができ
る。

【００４９】また、本実施の形態ではアパチャ電極体上
に偏向電極を形成したが、アパチャ電極体と受像体間に
配置してもよい。

【００５０】さらに、本実施の形態では、一対の偏向電
極を配置したが、アパチャ毎に偏向電極を設け、制御電
界と同期して電圧印加を行い、トナーを偏向して印字し
ても良い。この場合より低電圧で偏向作用が可能とな
る。

【００５１】また、上記実施の形態においては、トナー
流制御手段としてアパチャ電極体を用いたが、例えば、
米国特許第５０３６３４１号の明細書に記載されるよう
な編目状の電極体や、特開平６−２５５１６３の公報に
記載された記録エッジ部を有するエッジ電極体を用いる
ことも可能である。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の請求項１記載の画像形成装置は、偏向電界によっ
て荷電粒子を飛翔方向を偏向して記録媒体上に付着させ
ることができるため、簡単な構成で解像度を高くするこ
とができる。

【００５３】また、請求項２記載の画像形成装置は、解
像度を高くすることを簡単な制御にて行なうことができ
る。

【００５４】そして、請求項３記載の画像形成装置は、
飛翔方向が偏向されて形成される隣合う２つの画素の位
置ズレを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の構成を具体化した一つ
の実施の形態を示す図である。

【図２】上記画像形成装置に用いられるアパチャ電極体
の構成を示す斜視図である。

【図３】上記画像形成装置に用いられるアパチャ電極体
とトナー担持ローラとの構成を模式的に表す図である。

【図４】上記画像形成装置における制御電圧印加と偏向
電界切り換えのタイミングを示すタイミングチャートで
ある。

【図５】上記タイミングで印字された画素を模式的に表
わす説明図である。

【図６】上記画像形成装置のＣＰＵの動作を説明するた
めのフローチャートである。

【符号の説明】

１アパチャ電極体３偏向電極４制御電極６アパチャ８制御電圧印加回路１０トナー供給装置１４トナー担持ローラ１６トナー４０偏向電圧印加回路４２ＣＰＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子が通過するための複数の荷電粒
子通過部が少なくとも１列並んで形成されると共にその
複数の荷電粒子通過部の各々に対応する制御電極を有す
る電極アレーと、その電極アレーの荷電粒子通過部に荷
電粒子を供給するための荷電粒子供給手段とを備え、電
極アレーの荷電粒子通過部を通過した荷電粒子を記録媒
体に付着させて画像を記録するようにした画像記録装置
において、前記電極アレーの荷電粒子通過部を通過した前記荷電粒
子を、その荷電粒子通過部の並んだ方向と略同じ方向に
偏向させるための偏向電界を発生するための電界発生手
段と、その電界発生手段の発生する偏向電界の向きを制御する
ための制御手段とを備えたことを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】前記制御手段は、予め定められたタイミ
ングで前記偏向電界の向きを切り換え、その切り換えタ
イミングに応じて前記制御電極に印加する制御電圧を制
御することを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】前記偏向電界の向きの切り換えは、１画
素形成中に複数回行なわれることを特徴とする請求項２
記載の画像形成装置。