JPH11105330A

JPH11105330A - 印刷装置

Info

Publication number: JPH11105330A
Application number: JP27110997A
Authority: JP
Inventors: Tokifumi Shibata; 兆史芝田; Toshio Yamaki; 敏生山木; Hirokatsu Shimada; 啓克島田; Koji Uno; 浩二宇野; Hiroshi Hiraguchi; 寛平口
Original assignee: Minolta Co Ltd; Array Printers AB
Current assignee: Minolta Co Ltd; Array Printers AB
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】飛翔中の印刷粒子の分散を防ぎ、適当な大き
さ及び濃度のドットが得られる印刷装置を提供する。【解決手段】印刷ヘッド５０は、印刷粒子３８が通過
できる孔５６を有する。各孔５６の周囲にはトリガ電極
５８が配置され、そのトナー粒子飛翔方向の厚みｄは、
現像ローラ３０に保持されているトナー粒子３０の層厚
ｄ１、現像ローラ３０と印刷ヘッド５０との間隔ｄ２よ
りも大きく設定されている。これにより、孔５６の中を
飛翔中のトナー粒子３８の集合は、トリガ電極５８に囲
まれた領域の内側に収まり、そのときにパルス電圧６６
をオフすることにより収束する。その結果、ドットの輪
郭が明瞭で、ドットの集合として形成された画像は高精
細である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯電された印刷粒
子をシート基材に付着させて該シート基材上に画像を形
成する印刷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９９５年１２月１９日に発行された米
国特許第５，４７７，２５０号には印刷装置が開示され
ている。この印刷装置は、外周面に荷電されたトナー粒
子を保持する回転円筒体のトナー保持部材（印刷粒子保
持部材）と、このトナー保持部材と間隔を置いた背面電
極を有する。背面電極は電源に電気的に接続されてお
り、トナー保持部材上の荷電トナー粒子を上記背面電極
に向けて吸引する電界を形成している。上記トナー保持
部材と背面電極との間には、トナー粒子が通過可能な孔
を複数設けた絶縁性のプレートが配置されている。絶縁
性プレートは上記孔を囲むトリガ電極を備えている。

【０００３】上記印刷装置によれば、トリガ電極に印字
信号を印加すると、トナー保持部材上において上記電極
に対向する位置にあるトナー粒子が活性化されて対応す
る孔の中に飛翔し、その後、この孔を通過してシート基
材に付着して、上記画像信号に対応した画像がシート基
材上に形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記印
刷装置では、トナー保持部材から飛翔した印刷粒子が飛
翔中に分散し、そのためにシート基材に形成されるドッ
トが不必要に大きく且つ低濃度になるおそれがあった。
また、上記印刷装置では、トリガ電極に印加する印字信
号のオン時間を制御することにより飛翔する印刷粒子の
量を調節して、印刷粒子の付着量（即ちドットの大き
さ）を調節できるが、この方法では上述した印刷粒子の
分散の問題は解決できない。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、飛翔
中の印刷粒子の分散を防ぎ、適当な大きさ及び濃度のド
ットが得られる印刷装置を提供することを目的とする。

【０００６】上記目的を達成するために、シート基板に
印刷粒子を付着させる本発明の印刷装置は、帯電された
印刷粒子を保持する保持部材と、この保持部材に対向す
る背面電極と、印刷粒子を背面電極に向けて電気的に吸
引する電界を形成する電源とを有する。上記保持部材と
背面電極との間には絶縁性部材からなる印刷ヘッドが配
置してあり、この絶縁性部材と背面電極との間に、シー
ト基材の通過できる通路が形成されている。上記絶縁性
部材は、印刷粒子の通過できる孔と、この孔の軸を中心
とする円周上に配置されたトリガ電極とを有する。トリ
ガ電極は印刷信号出力部に接続されており、この印刷信
号出力部からトリガ電極に印刷信号を印加することで、
保持部材上で孔に対向する場所にある印刷粒子が活性化
され、孔を介してシート部材に向けて飛翔するようにし
てある。また、トリガ電極は、保持部材と背面電極との
対向方向に関して、保持部材上に保持されている印刷粒
子の層厚又は保持部材と印刷ヘッドとの間隔よりも大き
な厚みを有する。

【０００７】

【発明の作用及び効果】このように構成された本発明の
印刷装置によれば、印刷信号出力部からトリガ電極に印
刷信号を出力すると、これに応答して、保持部材上で上
記孔の対向場所にある印刷粒子（正確には、細かな印刷
粒子の集団）が活性化され、この孔に向けて飛び立つ。
飛び立った印刷粒子は孔の中を通過し、印刷ヘッドと背
面電極との間の通路を搬送されているシート部材に付着
してドットを形成する。

【０００８】また、上記印刷装置では、保持部材と背面
電極との対向方向（即ち、印刷粒子飛翔方向）に関する
トリガ電極の厚みが、保持部材上の印刷粒子の層厚又は
保持部材と印刷ヘッドとの間隔よりも大きくしてあるの
で、例えば、飛翔している印刷粒子の先頭がトリガ電極
の領域を通過する直前のタイミングでトリガ電極に印加
される印刷信号をオフすると、飛翔している印刷粒子の
集団の全体が半径方向内側に収束する。そのために、シ
ート部材に付着したドットは適当な大きさで鮮明な輪郭
を有し、これらのドットの集合により形成される画像は
高精細である。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１には、符号２で全体を示す本
発明の印刷装置が表されている。印刷装置２は符号４で
全体を示すシート供給ステーションを有する。シート供
給ステーション４はカセット６を有し、そこに紙などの
シート８が積層して収容されている。シート供給ローラ
１０はカセット６の上に配置されており、最上シート８
と接触しながら回転し、このシート８を印刷装置２の内
部に送り出す。シート供給ローラ１０の近傍には、一対
のタイミングローラ１２が配置されており、カセット６
から送り出されたシート８を、点線で示すシート通路１
４に沿って、このシート８上に印刷粒子からなる像を形
成する印刷ステーション（全体を符号１６で示す）に供
給する。印刷装置２はまた、印刷粒子からなる像をシー
ト８に永久定着するための定着ステーション１８と、印
刷粒子からなる像が定着されたシート８を収容するため
の最終スタックステーション２０とを有する。

【００１０】図２を参照すると、印刷ステーション１６
は、シート通路１４上に、全体を符号２４で示す現像装
置を有する。現像装置２４は、シート通路１４に対向す
る開口部２８が形成された容器２６を有する。開口部２
８の近傍には、現像ローラ３０が支持されており、これ
は矢印３２方向に回転可能としてある。現像ローラ３０
は導電性の材料からなり、直流電源３４に電気的に接続
されている。ブレード３６は、好ましくはゴム又はステ
ンレスからなる板で作られており、現像ローラ３０に接
触して配置されている。

【００１１】容器２６は印刷粒子すなわちトナー粒子３
８を収容している。このトナー粒子３８は、容器２６に
収容されている供給手段すなわち供給ローラ（図示せ
ず）により現像ローラ３０の外周面に供給され、現像ロ
ーラ３０の回転に従って搬送される。現像ローラ３０に
保持されたトナー粒子３８は次に、現像ローラ３０とブ
レード３６との接触領域に搬送され、そこでトナー粒子
３８はブレード３６と摩擦接触して、所定の極性に帯電
される。本実施形態では、ブレード３６との接触により
負極性に帯電するトナー粒子３８が使用されている。し
たがって、現像ローラ３０とブレード３６との接触領域
を通過した現像ローラ３０の各外周部位は負極性に帯電
したトナー粒子３８の薄い層を担持している。また、図
面に示すように、現像ローラ３０は電源３４から正極性
の電圧（本実施形態では、０〜＋数百ボルト、具体的に
は約＋２００ボルト）が供給され、これにより負極性に
帯電したトナー粒子３８を現像ローラ３０に電気的に吸
着している。尚、現像ローラ３に０ボルトの電圧を印加
する場合、現像ローラ３を単に接地するようにしても良
い。

【００１２】シート通路１４を越えて、現像装置２４の
下には、全体を符号４０で示す電極機構が配置されてい
る。この電極機構４０は、絶縁材料からなるサポート４
２と、導電材料からなる背面電極４４とを有する。背面
電極４４は、これに所定の極性の電圧（本実施形態で
は、＋１２００ボルト）を供給する電源４６に接続され
ており、これにより現像ローラ３０上の負帯電トナーが
電気的に背面電極４４に吸引されている。尚、印加する
電位の大きさや極性は本実施例のものに限られるもので
はなく、使用する印刷粒子の特性等に応じて適宜設定す
ればよい。

【００１３】現像装置２４と電極機構４０との間でかつ
シート通路１４の上方には、全体を符号５０で示す印刷
ヘッドが固定されている。印刷ヘッド５０は、厚さが約
１００−２００μｍのフレキシブル印刷回路板５２で作
るのが好ましい。図２と図３に示すように、現像ローラ
３０が背面電極４４に対向している印刷領域５４に位置
する印刷ヘッド５０の部分は、トナー粒子３８の平均粒
径（約数μｍから１０数μｍ）よりも実質的に大きい、
約２５から２００μｍの内径を有する複数の孔５６を有
する。これら複数の孔５６は、現像ローラ３０の軸と平
行な一つの線に沿って等間隔に形成されている。代わり
に、複数の孔５６は、現像ローラの軸と平行な複数の線
に沿って等間隔に形成してもよい。

【００１４】フレキシブル印刷回路板５２はまた、図４
に示すように、それぞれの孔５６を囲むドーナツ状のト
リガ電極５８を有する。本実施形態では、トリガ電極５
８は周方向に連続しているが、これに限るものでなく、
一部を削除した馬蹄形又はこれに類似の形であってもよ
い。

【００１５】図３に戻り、トリガ電極５８は印刷信号出
力部６０に接続され、この印刷信号出力部６０は画像信
号処理部（図示せず）に接続されており、画像信号処理
部から出力される画像信号に基づいて印刷信号出力部６
０がトリガ電極５８に印刷信号を印加する。

【００１６】図５に印刷信号の電圧波形の一部を示す。
この電圧波形６２は、直流電圧６４の成分と、印刷時に
出力されるパルス電圧６６の成分を含む合成電圧であ
る。本実施形態では、直流電圧は−５０ボルト、パルス
電圧は＋３００ボルトに設定されている。したがって、
トリガ電極５８に直流電圧６４だけが印加されている場
合、図６に示すように、現像ローラ３０上で、トリガ電
極５８に対向する場所に存在する一群の負極性帯電トナ
ー粒子３８は負極性の直流電圧６４が印加されている上
記トリガ電極５８と電気的に反発して、現像ローラ３０
上に留まる。一方、トリガ電極５８にパルス電圧６６が
印加されると、図７に示すように、上記一群の負極性帯
電トナー粒子３８は、正極性のパルス電圧６６が印加さ
れている時、現像ローラ３０と背面電極４４との間に電
界が生じ、上記トリガ電極５８に電気的に吸引されて活
性化され、現像ローラ３０から孔５６に向けて飛び出
す。尚、トナー極性は、本実施例のものに限られるもの
ではない。

【００１７】特徴的に、本発明では、トナー粒子３８の
飛翔方向、すなわち現像ローラ３０から背面電極４４に
向かう方向に関するトリガ電極５８の厚さｄが、現像ロ
ーラ３０に保持されているトナー粒子３８の層厚ｄ１よ
りも大きく、さらに好ましくは現像ローラ３０から印刷
ヘッド５０までの距離ｄ２よりも大きくしてあり、図７
に示すように、孔５６の中を飛翔中のトナー粒子３８の
集合は、半径方向内側に向かって収束する電気的な力を
トリガ電極５８から受け得るようにしてある。

【００１８】以上のように構成された印刷装置２の動作
について説明する。図２に示すように、現像ローラ３０
は矢印３２で示す方向に回転する。トナー粒子３８は現
像ローラ３０に供給されてブレード３６と現像ローラ３
０との接触領域に運ばれ、そこでブレード３６との接触
によりトナー粒子３８に負極性の電荷が与えられる。こ
れにより、図３に示すように、上記接触領域を通過した
現像ローラ３０の外周部分は荷電したトナー粒子３８の
薄い層を担持する。

【００１９】非印刷時、印刷信号出力部６０はトリガ電
極５８に直流電圧６４を印加する。この直流電圧６４
は、上述のようにトナー粒子３８の帯電極性と同一の極
性を有するので、直流電圧６４が印加されているとき
は、現像ローラ３０と背面電極４４との間を貫通する電
界が閉じられるのでトリガ電極５８に対向した場所で現
像ローラ３０上に保持されているトナー粒子３８は、ト
リガ電極５８と電気的に反発して現像ローラ３０上に留
まる。

【００２０】印刷時、印刷信号出力部６０はトリガ電極
５８にパルス電圧６６を印加する。このパルス電圧６６
は、上述のようにトナー粒子３８の帯電極性と逆の極性
を有するので、現像ローラ３０と背面電極４４との間に
電界が貫通することになり、パルス電圧６６が印加され
ているトリガ電極５８に対向した場所で現像ローラ３０
上に保持されているトナー粒子３８は、このトリガ電極
５８に電気的に吸引されて活性化する。その結果、活性
化された一群のトナー粒子３８の集合は、現像ローラ３
０から離れて、対応する孔５６に向けて飛び出す。ま
た、現像ローラ３０から飛び出したトナー粒子３８の集
合は孔５６を貫通する電界に沿って孔５６を通過し、印
刷ヘッド５０と背面電極４４との間を搬送されているシ
ート８に付着してドットを形成する。

【００２１】パルス電圧６６をオフすると、これに代え
て、トリガ電極５８には直流電圧６４が印加される。こ
の直流電圧６４は、上述のようにトナー粒子３８と電気
的に反発する極性を有する。そのため、パルス電圧６６
をオフした時点で、トリガ電極５８で囲まれた領域にト
ナー粒子３８の集合が有れば、このトナー粒子３８の集
合には半径方向内側に向かう反発力が作用して収束す
る。そして、収束したトナー粒子３８の集合はシート８
に付着した状態で明瞭な輪郭を有するドットとなる。し
たがって、このドットの集合として形成された画像は高
精細である。

【００２２】このような状態を実現するために、上記印
刷装置２では、既に説明したように、トリガ電極５８の
トナー粒子飛翔方向の厚さｄが、現像ローラ３０に保持
されているトナー粒子３８の層厚ｄ１よりも大きくして
ある。そのため、飛翔したトナー粒子３８の集合は、あ
る時間、トリガ電極５８に囲まれた領域の内側に収ま
り、そのときにパルス電圧６６をオフすれば、飛翔中の
トナー粒子３８の集合を全体として収束できる。最も好
ましいのは、飛翔中のトナー粒子３８の集合の先端が、
トリガ電極５８の背面電極側に到達した時点で、この時
点でパルス電圧６６をオフすれば、トナー粒子３８の飛
翔速度を減少させることなく、収束したトナー粒子３８
の集合を勢い良くシート８に付着させることができる。
また、現像ローラ３０上でトリガ電極５８に対向する場
所にあるトナー粒子３８はその殆どが活性化されるの
で、飛翔するトナー粒子３８が多く、作成された画像は
高濃度である。

【００２３】参考のために説明すると、トリガ電極５８
の厚みが、現像ローラ３０上のトナー粒子３８の層厚よ
りも小さい場合、飛翔中のトナー粒子３８の集合全体に
対して収束力を与えることができない。そして、例え
ば、トナー粒子集合の先頭がトリガ電極に囲まれた領域
を通過した時点でパルス電圧をオフすると、この先頭部
分のトナー粒子集合部分が分散し、シート上に形成され
たドットの輪郭が不明瞭になる。同様に、トナー粒子集
合の末尾がトリガ電極に囲まれた領域に進入する前にパ
ルス電圧をオフすると、この末尾部分のトナー粒子は十
分に活性化されず、そのために飛翔するトナー粒子の数
が少ないので、形成されたドットは小さく、画像は低濃
度である。

【００２４】トリガ電極の厚さがドット径に及ぼす影響
をコンピュータで解析した。解析の条件は以下の通りで
ある。

【００２５】解析条件：・印刷ヘッドの厚さ：１１０μｍ・孔径：１３０μｍ・印刷ヘッドと現像ローラとの間隔：５０μｍ・現像ローラ上のトナー粒子層厚：３０μｍ・現像ローラとシートとの間隔：５６０μｍ・トリガ電極の厚さ：１０，３０，５０，６０，７０，９０μｍ・印字信号のパルス電圧：＋３００ボルト・パルス持続時間：２００μｓｅｃ（トリガ電極１０−９０μｍ）１００μｓｅｃ（トリガ電極７０，９０μｍ）・印字信号の直流電圧：−５０ボルト・トナー粒子平均粒径：８μｍ

【００２６】解析結果を表１に示す。表１のトリガ電極
厚とドット径を図８にプロットした。

【表１】

【００２７】なお、従来の同種の印刷装置におけるトリ
ガ電極の厚さは約１０−２０μｍで、その場合のドット
径は約１５０μｍであった。これに対して、表１及び図
８から明らかなように、本発明の印刷装置によれば、付
着するトナー粒子の量をほぼ同等に保ちながら、径を約
８０−１００μｍに縮小し、収束性に優れた輪郭の明瞭
なドットが得られる。

【００２８】また、解析結果が示すように、トリガ電極
厚が７０，９０μｍの場合にパルス持続時間を２００μ
ｓｅｃとすると収束性が悪かったが、パルス持続時間を
１００μｓｅｃに変更することで、収束性が改善され
た。

【００２９】トリガ電極５８の形状は上記実施形態に限
定されるものでない。例えば、図９に示すように、孔５
６の内側にトリガ電極１５８を円筒状に配置すると共
に、このトリガ電極１５８の一部を背面電極側に突出さ
せてもよい。この場合、突出した電極部分がシート及び
シート上に付着したトナー粒子と接触しないようにする
ことが肝要である。

【００３０】また、トリガ電極５８は、その内面がトナ
ー粒子飛翔方向と平行に形成されている場合、図１０に
示すように、トリガ電極に囲まれた中央領域に無電界状
態が形成される。そのために、飛翔中のトナー粒子をシ
ートに対して移動させる力が減少する。これを防止する
ために、図１１に示すように、トリガ電極５８の内径が
トナー粒子飛翔方向に向かうに従って拡大し、それによ
りトリガ電極に囲まれた領域にあるトナー粒子に対し
て、シートに向かう力を作用させるのが好ましい。

【００３１】トリガ電極５８の背面電極側内径を現像ロ
ーラ側内径よりも大きくした形態を含むその他のトリガ
電極の形態が図１２に示してあり、そこに表されたいず
れのトリガ電極５８ａ−５８ｊも本発明に適用可能であ
る。

【００３２】また、上記実施形態では、非印刷時、トリ
ガ電極には負極性の電圧を印加するものとしたが、この
ときの電圧はゼロボルトであってもよい。この場合で
も、上述と同様にトナー粒子の収束効果を得ることが可
能である。

【００３３】以上のように、特定の実施形態を参照して
本発明を説明したが、請求の範囲に記載した発明の範囲
から逸脱することなく修正や変形をしてもよいことは当
然である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる印刷装置の概略断面図。

【図２】印刷ステーションの概略断面図。

【図３】印刷ヘッドの部分拡大平面図。

【図４】印刷ヘッドに形成されている孔の拡大平面
図。

【図５】印刷信号の部分電圧波形図。

【図６】現像ローラ上のトナー粒子が活性化されてい
ないときの、印刷ヘッド、現像ローラ、背面電極の部分
拡大断面図。

【図７】現像ローラ上のトナー粒子が活性化されたと
きの、印刷ヘッド、現像ローラ、背面電極の部分拡大断
面図。

【図８】トリガ電極の厚さとドット径との関係をコン
ピュータ解析した結果のグラフ。

【図９】他の形態のトリガ電極を含む印刷ヘッドの部
分拡大断面図。

【図１０】円筒状トリガ電極と現像ローラ、背面電極
との間に形成される電界を表示した図。

【図１１】テーパ状トリガ電極と現像ローラ、背面電
極との間に形成される電界を表示した図。

【図１２】トリガ電極の他の形態を示す断面図。

【符号の説明】

２…印刷装置、３０…現像ローラ、３８…トナー粒子、
４４…背面電極、５０…印刷ヘッド、５２…フレキシブ
ル印刷回路板、５６…孔、５８…トリガ電極、６０…印
刷信号出力部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山木敏生大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者島田啓克大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者宇野浩二大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者平口寛大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート基板に印刷粒子を付着させる印刷
装置において、（ａ）帯電された印刷粒子を保持する
保持部材と、（ｂ）上記保持部材に対向する背面電極
と、（ｃ）上記印刷粒子を上記背面電極に向けて電気
的に吸引する電界を形成する電源と、（ｄ）上記保持
部材と上記背面電極との間に配置されて上記背面電極と
の間に上記シート基板が通過できる通路を形成する絶縁
性部材からなり、上記絶縁性部材は上記印刷粒子が通過
できる孔と、この孔の軸を中心とする円周上に配置され
たトリガ電極とを有する印刷ヘッドと、（ｅ）上記ト
リガ電極に印刷信号を印加することにより、上記保持部
材上で上記孔に対向する場所にある上記印刷粒子を活性
化して、上記孔を介して上記シート基板に向けて飛翔さ
せる印字信号出力部とを有し、（ｆ）上記トリガ電極
は、上記保持部材と上記背面電極との対向方向に関し
て、上記保持部材上に保持されている印刷粒子の層厚よ
りも大きな厚みを有することを特徴とする印刷装置。
【請求項２】請求項１の印刷装置において、上記トリ
ガ電極は、上記保持部材と上記背面電極との対向方向に
関して、上記保持部材と上記印刷ヘッドとの間隔よりも
大きな厚みを有することを特徴とする印刷装置。