JPH11240194A

JPH11240194A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH11240194A
Application number: JP4588898A
Authority: JP
Inventors: Shiro Wakahara; 史郎若原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-02-26
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高電圧を制御電極に印加することなく、顕像
剤の飛翔制御を十分に行うことができ、良好な画像形成
を行うことができるようにする。【解決手段】制御電極２６にはゲート２９の周囲であ
ってトナー担持体２２側に第１帯状電極２７ａ及び対向
電極２５側に第３帯状電極２７ｃ、両帯状電極２７ａ，
２７ｃ間に第２帯状電極２７ｂを配置している。第３帯
状電極２７ｃは第１帯状電極２７ａとほぼ同形であって
ゲート２９に対して第１帯状電極２７ａと同じ位置に配
置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル複写機
およびファクシミリ装置の印字部や、ディジタルプリン
タ、プロッタ等に適用され、顕像剤を飛翔させることに
より記録媒体上に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】近年、画像信号を紙等の記録媒体上に可
視像として出力する画像形成装置として、例えば特開平
７−１８６４３６号公報や特開平８−９９４３３号公報
のように荷電粒子に電界を作用させて電気力によって飛
翔させ、飛翔路に配置した複数の通過孔を含む制御電極
に印加する電位を変化させて記録媒体に荷電粒子を付着
させることにより、画像を該記録媒体上に直接形成する
画像形成装置が提案されている。

【０００３】上記の従来技術においては、上記顕像剤の
飛翔制御に使用する制御電極の構成及び制御方法につい
て記載されている。これらの従来技術では、制御電極と
してＸ−Ｙマトリックスによる制御電極について記述さ
れている。特に特開平７−１８６４３６号公報では、制
御電極としてＸ−Ｙマトリックス電極及びシールド電極
からなる三層構造の制御電極について記述されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に代表さ
れる様なタイプの画像形成装置では、荷電粒子のゲート
通過を制御する制御手段が使用されている。上記の従来
技術のようなタイプの画像形成装置は上記ゲートと担持
体の間に形成される電界制御によってトナーの飛翔可否
を制御し、対向電極によって形成された強電界によって
記録媒体である用紙表面にトナーを到達させて画像を形
成している。

【０００５】上記のような画像形成装置において、制御
電極は互いに交差する二つの電極群（Ｘ−Ｙマトリック
ス）によってマトリックス制御する構成となっている。
このような構成では、二つの電極群の両方に対してトナ
ーが飛翔する電位を印加した場合にのみトナー飛翔が得
られる。例えば、制御電極の担持体側に配置された電極
に対してトナーを飛翔させる電位（以後オン電位）を印
加し、反対側に配置された電極にトナーを飛翔させない
電位（オフ電位）を印加した場合は、トナーは飛翔を開
始しない。同様に担持体側の電極にオフ電位、反対側の
電極にはオン電位を印加した場合も同様にトナーは飛翔
を開始しない。

【０００６】しかし、上記の様な装置でこのようなマト
リックス制御を行う場合、二つの電極群に同じ電位を印
加したのでは対向電極側に配置された電極群による電界
が小さくなる上に、担持体上のトナーから見た対向電極
側に配置された電極が担持体側に配置された電極群によ
って隠れる。そのため、対向電極側に配置された電極群
からの電界が担持体上のトナーに十分に及ばず、十分な
制御が行えない。従って、十分な制御を行うには、担持
体側の電極に付与する電位より対向電極側に配置された
電極に付与する電位をより高圧とする必要がある。しか
し、印加する電位が大きくなると電位の切り替えに必要
なドライバーの耐圧に高耐圧が必要となる上に、電源が
複数必要となる。または、他の電源からの分圧手段又は
昇圧手段が必要となって、電源及び電位の切り換え手段
のコストアップは免れない。

【０００７】このために特開平７−１８６４３６号公報
のように担持体側の電極群の開口部より対向電極側の電
極群の開口部を小さくする構成の制御電極が検討されて
いる。このような構成では対向電極側の電極群による電
界を担持体上のトナーに十分に及ぼすことができるの
で、対向電極側の電極群に印加する電位を担持体側の電
極群に印加する電位に近付けること、若しくは等しくす
ることが可能である。しかし、実際は対向電極側の電極
にオフ電位、担持体側の電極群にオン電位を印加した場
合はトナーの飛翔を良好に阻止することができるが、逆
に担持体側の電極群にオフ電位、対向電極側の電極にオ
ン電位を印加した場合はトナーの飛翔を十分に阻止する
ことができず、顕像剤が僅かに飛翔して漏れトナーが生
じ、カブリが発生し画像劣化を招来する。この場合に印
加する電位を大きくすると上記のようなコストアップを
招来する。

【０００８】本発明の目的は、高電圧を制御電極に印加
することなく、顕像剤の飛翔制御を十分に行うことがで
き、良好な画像形成を行うことができる画像形成を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、顕像剤を担持
する担持体と、該担持体に対向配置された対向電極と、
上記担持体と上記対向電極との間に電位差を発生させる
電圧を供給する電源手段と、上記担持体と上記対向電極
との間に配置された基板に顕像剤の通過部となる開口部
を形成する複数個のゲートと該ゲートを囲む開口部を有
する電極群とを設けた制御電極と、該制御電極の各電極
に複数の電位状態を与える制御手段とを具備し、上記制
御手段によって上記ゲートの対応する電極に所定の電位
を印加することにより、上記担持体に担持された顕像剤
の上記ゲート通過を制御して、上記対向電極に搬送され
た記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置である。

【００１０】そして、請求項１の発明は、上記電極群
が、上記担持体から上記対向電極の方向に、少なくとも
第１電極群、第２電極群及び第３電極群をこの順に配置
した構成であり、上記制御手段が、上記第３電極群に行
う電位制御を上記第１電極群に対して行う電位制御に同
期させることを特徴とする。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載の画像形
成装置であって、上記第２電極群の開口径は、第１電極
群が有する開口径よりも小さいことを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１記載の画像形
成装置であって、上記第３電極群の開口径は、第２電極
群が有する開口径よりも小さいことを特徴とする。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１記載の画像形
成装置であって、上記制御手段が、上記第３電極群に対
して印加する電位を上記第１電極群又は上記第２電極群
に印加する電位と等しくすることを特徴とする。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１、２又は３記
載の画像形成装置であって、上記制御手段は、上記第３
電極群に印加する電位を変化させるタイミングを、上記
第１電極群の電位変化のタイミングに一致させることを
特徴とする。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１、２又は３記
載の画像形成装置であって、上記制御手段は、上記第３
電極群に印加する電位を変化させるタイミングを、上記
第１電極群の電位変化のタイミングに対して所定量ずら
したことを特徴とする。

【００１６】請求項７の発明は、請求項１ないし６記載
の画像形成装置であって、上記各電極群の開口径は、上
記顕像剤の飛翔を均一化するよう設定されることを特徴
とする。

【００１７】請求項８の発明は、請求項１ないし７記載
の画像形成装置であって、上記制御手段は、上記各電極
群に対し上記顕像剤の飛翔を均一化するよう制御するこ
とを特徴とする。

【００１８】請求項９の発明は、請求項１ないし９記載
の画像形成装置であって、異なる複数の上記顕像剤ごと
に上記制御電極及び上記制御手段を配し、各顕像剤ごと
に電極群の開口径と制御内容を設定したことを特徴とす
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る画
像形成装置の全体的構成を示す概略断面図であり、図２
は、この画像形成装置の主要部分の概略断面図である。
尚、以下の説明においては、負帯電のトナーに対応する
構成を備えた画像形成装置について詳述するが、正帯電
のトナーを使用する場合には、それに応じて適宜各印加
電圧の極性を設定すればよい。

【００２０】この画像形成装置は、トナー供給部２と印
刷部３とを有する画像形成部１を備えている。この画像
形成部１は、画像信号に応じた画像を、顕像剤としての
トナーを使用して記録媒体である用紙上に顕像化するも
のである。つまり、本画像形成装置は、トナーを飛翔さ
せて用紙に付着させると共に、上記トナーの飛翔を画像
信号に基づいて制御することにより紙上に画像を直接形
成するものである。

【００２１】上記画像形成部１への用紙の入紙側には、
給紙装置１０が設けられている。給紙装置１０は、記録
媒体としての用紙５を収容する用紙カセット４、この用
紙カセット４から用紙５を送り出すピックアップローラ
６、供給された用紙５をガイドする給紙ガイド７からな
る。また、給紙装置１０は、用紙５が供給されたことを
検出する給紙センサ（図示せず）を備えている。上記の
ピックアップローラ６は、図示しない駆動装置によって
回転駆動される。

【００２２】また、画像形成部１からの用紙の出紙側に
は、画像形成部１にて用紙５上に形成されたトナー像を
加熱および加圧することにより用紙５に定着させる定着
部１１が設けられている。定着部１１は、加熱ローラ１
２、ヒータ１３、加圧ローラ１４、温度センサ１５、お
よび、温度制御回路８０からなる。加熱ローラ１２は例
えば厚さ２mmのアルミニウム管からなる。ヒータ１３
は、例えばハロゲンランプからなり、加熱ローラ１２に
内蔵されている。加圧ローラ１４は、例えばシリコーン
樹脂からなる。そして、互いに対向して設けられた上記
加熱ローラ１２および加圧ローラ１４には、用紙５を挟
んで加圧することができるように、それぞれの軸の両端
に図示しないスプリング等によって例えば２kgの荷重が
加えられている。温度センサ１５は、加熱ローラ１２表
面の温度を測定する。温度制御回路８０は、主制御部に
よって制御されており、温度センサ１５の測定結果に基
づいてヒータ１３のＯＮ／ＯＦＦ等を制御し、加熱ロー
ラ１２表面の温度を例えば１５０℃に保持する。また、
定着部１１は、用紙５が排出されたことを検出する排紙
センサ（図示せず）を備えている。

【００２３】尚、加熱ローラ１２、ヒータ１３、加圧ロ
ーラ１４等の材質は、特に限定されるものではない。ま
た、加熱ローラ１２表面の温度は、特に限定されるもの
ではない。さらに、定着部１１は、用紙５を加熱若しく
は加圧することによりトナー像を定着させる構成となっ
ていてもよい。また、図示しないが、定着部１１からの
用紙の出紙側には、定着部１１で処理された用紙５を排
紙トレイ上に排出する排紙ローラ、および排出された用
紙５を受ける排紙トレイが設けられている。上記の加熱
ローラ１２、加圧ローラ１４、および排紙ローラは、図
示しない駆動装置によって回転駆動される。

【００２４】画像形成部１のトナー供給部２は、顕像剤
としてのトナー２１が収容されているトナー収容槽２
０、トナー２１を担持する円筒状の担持体（スリーブ）
としてのトナー担持体２２、および、トナー収容槽２０
が内部に設けられ、トナー２１を帯電させると共に、ト
ナー担持体２２の外周面に担持されるトナー層の厚さを
規制するドクターブレード２３からなる。ドクターブレ
ード２３は、トナー担持体２２の回転方向における制御
電極２６の上流側に、トナー担持体２２の外周面からの
距離が例えば６０μｍとなるように設けられている。ト
ナー２１は、例えば平均粒径が１０μｍの非磁性トナー
であり、ドクターブレード２３により、例えば帯電量が
−１０μＣ／ｇとなるように電荷が付与されている。
尚、ドクターブレード２３とトナー担持体２２との距離
は、特に限定されるものではない。またトナー２１の平
均粒径や帯電量等は、特に限定されるものではない。

【００２５】トナー担持体２２は、図示しない駆動装置
によって駆動され、図中、矢印Ａ方向に例えばその表面
での速度が８０mm/secで回転するとともに、トナー担持
体２２は接地されている。尚、トナー担持体２２の回転
速度は、特に限定されるものではない。また、トナー担
持体２２は、磁気力や電気力、または、電気力および磁
気力により担持する構成となっていてもよい。

【００２６】顕像形成部１の印刷部３は、例えば厚さ１
mmのアルミニウム板からなり、トナー担持体２２の外周
面と対向する対向電極２５と、該対向電極２５に高圧を
供給する高圧電源３０と、上記トナー担持体２２との間
に設けられた制御電極２６と、除電ブラシ２８と除電ブ
ラシ２８に除電電位を与える除電電源１７と、用紙５を
帯電させる帯電ブラシ８と、該帯電ブラシ８に帯電電位
を与える帯電電源１８と、誘電体ベルト２４と、該誘電
体ベルト２４を支持する支持部材１６ａ，１６ｂとクリ
ーナーブレード１９を備えている。

【００２７】上記の対向電極２５は、トナー担持体２２
の外周面からの距離が例えば１．１mmとなるように設け
られている。誘電体ベルト２４はポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）を基材とし、体積抵抗率で１０¹⁰Ω・cm、
厚さが７５μｍである。該誘電体ベルト２４は図示しな
い駆動装置によって駆動され、図中矢印方向に例えばそ
の表面での速度が３０mm/secで回転する。また、対向電
極２５には、高圧電源（制御手段）３０により、例えば
２．３kVの高圧が印加されている。つまり、対向電極２
５とトナー担持体２２との間には、高圧電源部３０から
印加される高圧により、トナー担持体２２に担持された
トナー２１を対向電極２５方向に飛翔させるのに必要な
電界が付与されている。

【００２８】上記除電ブラシ２８は誘電体ベルト２４の
回転方向における制御電極２６下流側に該誘電体ベルト
２４に圧接するようにして設けられている。除電ブラシ
２８は除電電源１７によって除電電位２．５kVが印加さ
れ、誘電体ベルト２４表面に存在する不要電荷を除電す
る。

【００２９】上記のクリーニングブレード１９は、例え
ば、紙詰まり（ペーパージャム）等の不測の事態が生じ
て誘電体ベルト２４表面にトナー２１が付着した場合
に、このトナー２１を除去して、用紙裏面が該トナー２
１によって汚染されることを防止する。尚、対向電極２
５の材質は、特に限定されるものではない。また、対向
電極２５とトナー担持体２２との距離は、特に限定され
るものではない。さらに、対向電極２５の回転速度や、
印加される電圧は、特に限定されるものではない。

【００３０】また、図示しないが、本画像形成装置は、
制御回路として画像形成装置全体を制御する主制御部
と、得られた画像データを印刷すべき画像データの形式
に変換する画像処理部と、変換された該画像データを記
憶する画像メモリと、画像処理部から得られた画像デー
タを制御電極２６に与えるべき画像データに変換する画
像形成制御ユニットとを備えている。

【００３１】上記の制御電極２６は、対向電極２５と対
向して２次元的に広がっており、トナー担持体２２から
対向電極２５方向へのトナーが通過可能な構造となって
いる。そして、この制御電極２６に供給される電位によ
り、トナー担持体２２表面に付与された電界が変化し、
トナー担持体２２から対向電極２５へのトナー２１の飛
翔が制御される。

【００３２】上記の制御電極２６は、トナー担持体２２
の外周面からの距離が例えば１００μｍとなるように設
けられており、図示しない支持部材により固定されてい
る。図３に示すように、制御電極２６は、絶縁性の基板
２６ａ、高圧ドライバ（図示せず）、および、各々独立
した帯状の導電体であって第１の電極群としての帯状電
極（ゲート電極）２７ａと第２の電極群としての帯状電
極２７ｂ、第３の電極群としての帯状電極２７ｃからな
っている。但し、図３はトナー担持体２２側から見た図
であるので、帯状電極２７ｃは非常に見にくく、従って
図では省略している。基板２６ａは、例えばポリイミド
樹脂からなり、厚さ２５μｍに形成されている。また、
基板２６ａには、後述するゲート２９となるべき孔が形
成されている。帯状電極（ゲート電極）２７ａ〜２７ｃ
は、例えば厚さ１８μｍの銅箔からなり、上記孔の周り
に設けられており、所定の配列に従って配置されてい
る。上記基板２６ａの対向電極２５側に所定の配列に従
って配置されている。また、各孔の開口部は、例えば直
径１６０μｍに形成されており、トナー担持体２２から
対向電極２５へ飛翔するトナー２１の通過部となってい
る。以下、この通過部をゲート２９と称することとす
る。

【００３３】尚、制御電極２６とトナー担持体２２との
距離は、特に限定されるものではない。また、各帯状電
極２７に対してトナー担持体２２側に配置された帯状電
極２７ａ〜２７ｃには直径２０００μｍの開口部が設け
られている。

【００３４】ゲート２９の大きさや、基板２６ａおよび
帯状電極２７ａ〜２７ｃの材質や厚さ等は、特に限定さ
れるものではない。上記のゲート２９、即ち帯状電極２
７ａ〜２７ｃに形成された孔は、例えば２５６０個形成
されており、各帯状電極２７ａ〜２７ｃは、給電線４１
及び高圧ドライバー（図示せず）を介して、制御電源部
３１に電気的に接続されている。尚、帯状電極２７ａ〜
２７ｃの個数は、特に限定されるものではない。

【００３５】また、帯状電極２７ａ〜２７ｃの表面およ
び給電線４１表面は、厚さ３０μｍの絶縁体層で覆われ
ており、これにより、帯状電極２７ａ〜２７ｃ同士の絶
縁性、給電線４１同士の絶縁性、および、互いに接続さ
れていない帯状電極２７ａ〜２７ｃと給電線４１との間
の絶縁性及び上記トナー担持体２２や対向電極２５との
絶縁が確保されている。

【００３６】制御電極２６の帯状電極２７ａ〜２７ｃに
は、制御電源部（制御手段）３１により画像信号に応じ
たパルス、即ち、電圧が印加される。つまり、制御電源
部３１は、帯状電極２７ａ〜２７ｃに対し、トナー担持
体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向に通
過させる場合（以後ＯＮ電位）には、例えば１５０Ｖを
印加し、通過させない場合（以後ＯＦＦ電位）には、例
えば−２００Ｖを印加するようになっている。

【００３７】このように、制御電極２６への付与電位を
画像信号に応じて制御し、対向電極２５におけるトナー
担持体２２との対向面側に用紙５を配すると、用紙５の
表面に画像信号に応じたトナー像が形成される。尚、制
御電源部３１は、図示しない画像形成制御ユニットから
送られてくる制御電極制御信号によって制御されてい
る。

【００３８】上記の画像形成装置はコンピューターやワ
ードプロセッサの出力用としてのプリンタとして使用可
能なほかに、デジタルコピーの印字部分にも使用可能で
あって、以下はデジタルコピーの印字部分として使用し
た場合の画像形成動作を図４を使用して行う。図４は、
画像形成装置としてのディジタル複写機の印字動作を示
すフローチャートである。

【００３９】先ず、使用者が画像読取部（符号なし）に
複写すべき原稿を載置してコピースタートボタン（図示
なし）を操作すると、この画像読取部は原稿から画像を
読み取る動作を開始する（ステップＳ１）。画像読取部
により原稿の画像を読み取って得られる画像データは、
画像処理部（図示なし）で画像処理され（ステップＳ
２）、画像メモリ（図示なし）に記憶される（ステップ
Ｓ３）。この画像データはさらに画像形成制御ユニット
（図示なし）に転送され（ステップＳ４）、制御電極制
御信号に変換される（ステップＳ５）。

【００４０】また、画像形成制御ユニットは、所定量の
制御電極制御信号を得ると（ステップＳ６；ＹＥＳ）、
図示しない駆動装置を制御して、画像形成部１のトナー
担持体２２（スリーブ）の回転を開始させ（ステップＳ
８）、制御電極の帯状電極に−２００Ｖを印加する（ス
テップＳ９）。対向電極２５と帯電ブラシ１４と除電ブ
ラシ３２とにそれぞれ所定の電圧を印加し、誘電体ベル
ト２４を駆動する（ステップＳ１０）。所望の制御電極
信号でない場合（ステップＳ６；ＮＯ）、このフローが
中断され、エラー表示が行われる（ステップＳ７）。

【００４１】次に、上記駆動装置により給紙装置１０の
ピックアップローラ６を回転駆動させ（ステップＳ１
１）、用紙カセット４内の用紙５が画像形成部１の方向
へ送り出されると共に、正常な給紙状態であることが給
紙センサにて検出される（ステップＳ１２）。ピックア
ップローラ６によって送り出された用紙５は、帯電ブラ
シ８と帯電電源１８によって帯電電位として１．２ｋＶ
が印加されている。用紙５は、帯電ブラシ８と支持部材
１６ａの電位差による電荷を供給され静電気的に吸着さ
れたまま画像形成部１の印刷部３における誘電体ベルト
２４の制御電極２６との対向面側に搬送される。尚、制
御電極制御信号の上記設定値は、画像形成装置の構成等
によって異なる。

【００４２】さて、給紙センサによる検出の結果、給紙
が正常に行われていなかった場合、（ステップＳ１２；
ＮＯ）、このフローが中断され、エラー表示が行われる
（ステップＳ１３）。また、用紙の給紙が正常に行われ
た場合（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、画像形成制御ユニ
ットが上記の制御電極制御信号を制御電極部３１に供給
する。この制御電極制御信号の供給は、上記の帯電ブラ
シ８による印刷部３への用紙５の供給に同期したタイミ
ングで行われる。制御電源部３１は、上記の制御電極制
御信号に基づいて、制御電極の各帯状電極２７ａ〜２７
ｃに印加する高圧を制御する（ステップＳ１４）。つま
り、制御電極部３１から適宜所定の帯状電極２７ａ〜２
７ｃに１５０Ｖもしくは−２００Ｖの電位が印加され、
制御電極２６付近の電界が制御される。すなわち、制御
電極２６のゲート２９において、画像データに応じてト
ナー担持体２２から対向電極２５へのトナー２１の飛翔
の阻止とその解除とが適宜行われる。これにより、用紙
５にトナー像を形成する（印字する）。対向電極２５表
面の誘電体ベルト２４から剥離されて定着部１１に搬送
されたのちに、この定着部１１でトナー像が用紙５に定
着される。

【００４３】トナー像が定着された用紙５は、排紙ロー
ラにて紙トレイ上に排出される。印字（画像形成の動
作）が終了していなければ（ステップＳ１５；ＮＯ）、
ステップＳ１１に戻る。また、正常に排紙されたことを
排紙センサが検出し、印字（画像形成の動作）が終了し
たと判断されると（ステップＳ１５；ＹＥＳ）、上述の
ステップＳ１に戻って、次の原稿の読み取り動作に移
る。

【００４４】以上の画像形成動作により、用紙５上に良
好な画像が形成される。本画像形成装置は、用紙５上に
画像を直接形成するので、従来の画像形成装置で用いら
れている感光体や誘電体ドラム等の顕像体が不要となっ
ている。従って、顕像体から用紙５に画像を転写する転
写動作が省略されるので、画像の劣化を生じない。この
ため、装置の信頼性が向上する。また、装置の構成が簡
単化されると共に、部品点数が削減されるので、小型化
および低廉化が可能となっている。

【００４５】さて、上記の実施形態である画像形成装置
をコンピューターの出力端末機の印字部分として使用す
る場合も、デジタルコピーの印字部分として使用する場
合も、処理する画像信号およびそのやり取りに相違があ
るものの、画像形成動作方法そのものはなんら相違点を
有しない。

【００４６】前記したように、トナー担持体２２は接地
されており、一方、対向電極２５と支持部材１６ａは
２．３ｋＶ、帯電ブラシ８にはｌ．２ｋＶの高圧が印加
されている。従って、帯電ブラシ８と支持部材１６ａの
間の電位差によって帯電ブラシ８と誘電体ベルト２４の
間に搬送された用紙５の表面にはマイナスの電荷が供給
される。マイナスの電荷が供給されると該電荷の静電気
力によって用紙５は誘電体ベルト２４に吸着されたま
ま、誘電体ベルト２４の移動によってゲート２９の直下
に移動する。誘電体ベルト２４表面の電荷はゲート２９
の直下に到達するまでに時間減衰して対向電極２５の電
位との兼ね合いから表面電位は２ｋＶとなる。

【００４７】この状態で、トナー担持体２２に担持され
たトナー２１を対向電極２５方向に通過させるべく、制
御電源部３１により、制御電極２６の帯状電極２７ａ〜
２７ｃに対して１５０Ｖの電圧を印加し、トナー２１が
ゲート２９を通過させない場合は−２００Ｖの電位を印
加する。このように用紙５を誘電体ベルト２４に吸着し
た状態で用紙５表面に画像を直接形成する。

【００４８】尚、上記の説明においては、トナー２１を
通過させるべく制御電極２６の帯状電極２７ａ〜２７ｃ
に付与する電位が、１５０Ｖの場合を一例に拳げたが、
該電位は、トナー２１の所望した飛翔制御を行えるな
ら、特に限定されるものではない。同様に対向電極２５
の印加電位と帯電ブラシ８に印加する電位及びゲート２
９直下での用紙５の表面電位もトナー２１の所望した飛
翔制御を行えるなら、特に限定されるものではない。ま
た、トナー２１の通過を阻止すべく制御電極２６の帯状
電極２７ａ〜２７ｃに付与する電位は、本発明の請求範
囲を逸脱しない限りにおいて特に限定されるものではな
い。

【００４９】上記実施形態における制御電極２６の制御
方法について説明を加える。図５に制御電極２６の断面
図（図３のＡ−ＡＡ断面）を示す。図５では便宜上給電
線４１他を省略して帯状電極２７ａ〜２７ｃ及び基板２
６ａだけを示す。図５のように制御電極２６にはゲート
２９の周囲であってトナー担持体２２側に第１帯状電極
２７ａ及び対向電極２５側に第３帯状電極２７ｃ、両帯
状電極２７ａ，２７ｃ間に第２帯状電極２７ｂを配置し
ている。すなわち、トナー担持体２２から対向電極２５
の方向に第１帯状電極２７ａ、第２帯状電極２７ｂ及び
第３帯状電極２７ｃをこの順に制御電極に配置してい
る。第３帯状電極２７ｃは第１帯状電極２７ａとほぼ同
形であってゲート２９に対して第１帯状電極２７ａと同
じ位置に配置されており、従って図３のようにトナー担
持体２２側からの図では殆ど見ることができない。

【００５０】このような構成の制御電極２６を使用し
て、例えば図３のゲート２９−ｎに対してのみトナー２
１を飛翔させて印字を行う場合を例にとって説明する。
図６は、各電極に印加する電位制御のタイミングチャー
トである。図６のように第２帯状電極２７ｂに順次オン
電位をスキャンしていく一方、第１帯状電極２７ａと２
７ｃには、ゲート２９−ｎが配置されている第２帯状電
極２７ｂ−３のオン電位の印加されるタイミングに同期
してオン電位が印加されている。このとき第３帯状電極
２７ｃには第１帯状電極２７ａと同じタイミングで同電
位が付与されている。図７に、各電極の電位とトナー２
１の飛翔制御状態を示す。

【００５１】本実施形態では、使用する帯状電極２７ａ
〜２７ｃの開口部径を等しく、かつ印加する電位を等し
くする構成である。しかし、使用するトナー２１の物性
値や制御電極２６とトナー担持体２２の位置関係やゲー
ト２９の大きさや印加するオン電位の印加時間等の装置
特性によっては、各帯状電極の開口部径や印加する電位
を等しくできない。

【００５２】例えば、上記の従来技術のような第１帯状
電極２７ａと２７ｂに相当する電極からなる制御電極２
６では、図８の表のようにトナー２１の飛翔制御が不十
分となる場合が、装置の構成上発生しうる。例えば、ト
ナー担持体２２上のトナー２１が付与される電界が、第
２帯状電極２７ｂの影響を大きく受ける場合は、第１帯
状電極２７ａにオフ電位を付与する。そして、第２帯状
電極２７ｂにオン電位を付与した場合、第１帯状電極２
７ａからのトナー２１の飛翔を阻止する電界が不十分で
あるために、トナー２１の飛翔が継続して発生してしま
う。そのため、所望の画像形成ができなかったり、トナ
ー２１の飛翔制御が十分でなくトナー２１飛翔を阻止し
たい場合でも微量のトナー２１が飛翔を続けたりして、
漏れトナー２１となって画像全体にカブリを生じる。

【００５３】この漏れトナーについて詳しく説明する。
図９は、帯状電極によるトナーの飛翔の制御を示す説明
図である。トナー担持体２２上のある一点であるＰ点に
対して、帯状電極２７ａ，２７ｂから受ける電界をＥ
ａ，Ｅｂとし、トナー担持体２２に垂直な方向の電界成
分をＥａｌ，Ｅｂｌとする。第２帯状電極２７ｂからの
電界成分Ｅｂｌの方が第１帯状電極２７ａからのＥａｌ
より大きく第２帯状電極２７ｂの影響を大きく受けるこ
とが解かる。このような場合は、第１帯状電極２７ａに
付与する電位を大きくすることが必要であるが、電位の
切り替えに必要な高圧ドライバーの耐圧の関係上、良好
な飛翔制御に必要な電位を使用できない。

【００５４】さらに、トナー担持体２２上の任意のトナ
ー２１に付与される電界に対する第１及び第２帯状電極
２７ａ，２７ｂの影響を等しくすることは、制御電極２
６の位置及び付与する電圧値に対して、非常に高精度を
必要として現実的でない。

【００５５】また、このような不具合に対して、例えば
特開平７−１８６４３６号公報のように、別途シールド
電極を配置する構成が考えられる。シールド電極では構
成によっては、確かに、上記のようなどちらか一方の電
極に対してオン電位を付与し、他方にオフ電位を付与し
た場合には、所望のトナー２１の飛翔制御が可能であっ
て、トナー２１の飛翔阻止が良好に得られる。しかし、
トナー２１の飛翔を行う場合に、トナー２１の飛翔が十
分に起きない等の新たな不具合が発生する。

【００５６】ところが、本実施形態のような構成では、
第３帯状電極２７ｃを新たに配置するので、これらの電
極に同電位を供給しても、トナー２１の飛翔を防止する
電界を付与できる。例えば、トナー担持体２２上のトナ
ー２１に付与される電界が第２帯状電極２７ｂの影響を
大きく受ける場合であって、第２帯状電極２７ｂにオン
電位が付与された状態でも、第３帯状電極２７ｃによっ
てトナー２１の飛翔を阻止する電界を付与できる。従っ
て、トナー２１の飛翔を効果的に阻止でき、トナー２１
の飛翔制御に対して、常に良好な飛翔制御が得られる。

【００５７】さらに本実施形態において、第３帯状電極
２７ｃに印加する電位は第１帯状電極２７ａと全くおな
じ電位を使用している。本実施形態の制御では、第３帯
状電極２７ｃに印加する電位を切り替える切り換え手段
や制御回路が一切不要で、電源に関するコストアップが
全く発生しない。

【００５８】また、図９に示した単純なＸ−Ｙマトリッ
クスによる構成に対して、さらに低い電位を付与する構
成がある。図１０に示すように、対向電極２５側に配置
された第２帯状電極２７ｂの開口部径を、トナー担持体
２２側の第１帯状電極２７ａよりも小さくする構成であ
る。このような構成では、第２帯状電極２７ｂによる電
界がより効率的にトナー担持体２２上に担持されたトナ
ー２１に付与される。そのため、制御に必要な電位が図
９のような構成に比較すると低くなる一方、図９に記載
の不具合が一層顕著になる。従って、制御に必要な電位
を或る程度以下に抑えることができない。

【００５９】このような場合には、図１１のように本発
明を施した制御電極２６の構成が使用できる。図１１
は、図５のように帯状電極２７ａ〜２７ｃを配置し、さ
らに第２帯状電極２７ｂの開口部径を、トナー担持体２
２側の第１帯状電極２７ａよりも小さくする構成であ
る。但し、第３帯状電極２７ｃは開口部径が第１帯状電
極２７ａとは異なって、第２帯状電極２７ｂと同じ開口
部径を有する。この場合にも、図６と同様に第１帯状電
極２７ａと同じタイミングで電位を第３帯状電極２７ｃ
に印加することによって、トナー２１の良好な飛翔制御
が可能である。

【００６０】さらに装置の諸特性によっては、図１１の
ような構成では十分な制御が得られない場合がある。こ
の場合には図１２のような構成が効果的である。図１２
では第３帯状電極２７ｃの開口部径を第２帯状電極２７
ｂよりさらに小さくしている。図１２のような構成で
は、第３帯状電極２７ｃによる電界がより効果的に作用
するので、図１１のような構成に比較してより良好な画
像形成動作が可能である。

【００６１】上記実施形態では、第３帯状電極２７ｃに
印加する電位は、帯状電極２７ａ，２７ｂと同電位によ
って制御している。しかし、ツェナーダイオード等によ
って容易に異なった電位を付与することができるなら
ば、または装置構成要素の内の他の電源から容易に異な
った電位を供給できるならば、第３帯状電極２７ｃに印
加する電位を帯状電極２７ａ，２７ｂとは異なった電位
を供給できる。これは、良好なトナー２１の飛翔制御に
対してはより望ましく、例えば図９のような単純なＸ−
Ｙマトリックスによる制御に比較しすると遥に効果的と
なる。

【００６２】さらに上記実施形態では、第３帯状電極２
７ｃに印加する電位は、第１帯状電極２７ａと同じタイ
ミングで切り替えられている。しかし、これに限定され
ず、切り替えのタイミングを第１帯状電極２７ａに対し
て遅らせる、または速める等の種々の制御が可能であっ
て、装置の特性、例えば使用するトナー２１の特性など
によって適宜設定すればよい。

【００６３】図１３のように第１帯状電極２７ａに印加
する電位の切り替え時に発生する過渡応答が問題となる
場合がある。図１３のように切り替え時に発生するオー
バーシュートが発生すると、必要以上の電界が第１帯状
電極２７ａと第３帯状電極２７ｃによって作用するの
で、良好なトナー２１飛翔が困難となるばかりか帯状電
極２７ａ，２７ｃの両方での電界が必要以上に大きくな
る。そのため、トナー担持体２２や他の部材間では放電
が発生して望ましくない。この場合は、同図のように電
位の切り替えタイミングをずらせるような制御が望まし
い。タイミングをずらした場合は、オーバーシュート時
に発生する強電界が緩和されて、上記のような不具合が
発生しない。また図１３の他にタイミングを速くする制
御も可能である。

【００６４】このように種々の特性値によって、図１３
のようにタイミングを遅らせる、または早める制御が可
能である。さらに図１３では、オン電位への切り替え時
とオフ電位の切り替え時の両方においてタイミングをず
らせているが、オフ電位への切り替え時又はオン電位の
切り替え時のみに限定してタイミングをずらせるような
制御も可能である。このようなタイミング制御は上記の
ような過渡状態に対する対策以外にトナー２１の飛翔の
タイムラグの補正等にも好適に対応でき、必要な制御が
得られるように適宜設定すればよい。

【００６５】また、上記実施形態では、第２帯状電極２
７ｂに対して対向電極２５側に配置された第３帯状電極
２７ｃの形状は、第１帯状電極２７ａと同形状である場
合を例に挙げているが、所望の制御が可能であるなら
ば、これに限定されず種々の形状が可能である。例え
ば、第３帯状電極２７ｃによって制御電極２６の静電容
量が変化して電位の切り替え時に発生する突入電流が問
題となる場合は、電極の長さや幅を小さくすることが望
ましい。逆に制御電極２６の強度を大きくしたい場合で
あって、新たに配置した第３帯状電極２７ｃによる静電
容量の影響が少ない制御電極２６の構成の場合は、第３
帯状電極２７ｃの幅や長さを、または厚みを大きくする
ことも可能である。

【００６６】また、上記実施形態では第３帯状電極２７
ｃの開口部径を総て等しくしているが、これに限定され
ず、開口部径を異なるようにする方が良い場合がある。
例えば、上記実施形態のようなトナー担持体２２が曲率
をもち、制御電極２６との距離が各ゲート２９に対して
異なる場合であって、ゲート２９までの距離が不均一で
あることによって飛翔するトナー２１量が不均一になる
場合は、第３帯状電極２７ｃの開口部径を変えることに
よってトナー２１び飛翔量の均一化を図ってもよい。図
ｌ４のように、トナー担持体２２との距離が小さいゲー
ト２９では、開口部径を小さくする等の構成が効果的で
ある。この他に、このようなゲート２９が配置された第
３帯状電極２７ｃに印加する電位を他の電極とは異なっ
た値にする或いは電位のパルス幅を変える等が考えら
れ、適宜装置の特性値によって使用するのが望ましい。

【００６７】さらに、このような飛翔トナー２１の均一
化は、第３帯状電極２７ｃだけによるのではなく、第１
帯状電極２７ａや２７ｂに対しても開口部径や印加電位
及び印加時間や印加タイミング等によって制御し、該制
御と第３帯状電極２７ｃによる制御を併用するのがより
好適である。例えば、図１５に示すように、ゲート２９
がトナー担持体２２に近い場合は第２帯状電極２７ｂの
径を大きくし、第３帯状電極２７ｃの開口部径を小さく
する一方、トナー担持体２２からの距離が大きい場合は
第２帯状電極２７ｂの開口部径を小さく第３帯状電極２
７ｃの開口部径を大きくする。これらの制御の組み合わ
せは、これに限定されず種々の組み合わせを装置の特性
によって決定するのがよい。

【００６８】さらに、上記の例は、トナー担持体２２と
ゲート２９の距離に由来するトナー２１飛翔の不均一性
の補正の為の制御であるが、トナー２１飛翔の不均一性
はこれに限定されず、例えばトナー担持体２２の移動方
向下流側で発生し飛翔量が低下する傾向があり、この場
合にも図１３に代表されるような制御が好適である。ま
た、上記の各実施形態では第一から第三の電極群に相当
する帯状電極２７ａ〜２７ｃのみを有する構成である
が、これに限定されず、例えば対向電極側やトナー担持
体２２側に電極板からなるシールド電極を配置するよう
な構成でもよい。

【００６９】上記実施形態は、白黒の画像形成装置の場
合を例に挙げて説明したが、カラー画像形成装置の場合
にも本発明が適用できる。カラー画像形成装置は、例え
ば複数のトナー供給部と印刷部を備えた画像形成部ｌ
ａ、１ｂ、ｌｃ、ｌｄを配して、それぞれのトナー供給
部にカラートナー、例えばイエロー、マゼンダ、シア
ン、ブラックを使用したカラー画像形成装置を形成して
もよい。図１６では、イエロー、マゼンダ、シアン、ブ
ラックにそれぞれ対応した画像形成部ｌａ、ｌｂ、ｌ
ｃ、ｌｄを配置しており、それぞれカラーの画像データ
に基づいてカラー画像形成が行われる。その他の構成要
素は図２と同じ構成とする。この構成であれば、上記の
ようにトナーを良好に制御できるので、所望の色再現と
良好なカラー画像形成が得られる。

【００７０】さらに図１６のような画像形成装置、即ち
複数種のトナーを有する場合において、個々のトナー２
１は夫々違った特性を持ちうる。従って、個々のトナー
２１に対して、例えば個々の画像形成部に対して、夫々
のトナー２１に所望のトナー２１飛翔を与えるように制
御を行うのが合理的である。この制御においては、総て
の画像形成部に対して同じ制御電極２６の形態を使用す
る構成は寧ろ望ましくない。例えば、画像形成部ｌｄで
は上記の如く第１帯状電極２７ａの開口部径が２００μ
ｍである一方、他の画像形成部例えば画像形成部ｌｂで
は２２０μｍ、画像形成部ｌｃではｌ９０μｍのように
複数の画像形成部で使用する制御電極２６が夫々異なる
電極の形状を有する場合がある。この他に電極パターン
そのものが異なるなど、制御電極２６の構成が各制御電
極２６で異なることは、個々の画像形成部で使用するト
ナー２１の特性を十分に発揮する必要から不合理ではな
い。このような場合は各画像形成部に於ける制御電極２
６に対して、上記のような種々の調整方法を適宜使用し
て、各制御電極２６に良好な制御が得られるようにする
のがよい。更に、その制御電極２６の形態として上記の
種々の実施形態の形態を使用すると同時に、個々の制御
電極２６に対して行う制御が夫々の制御電極２６によっ
て異なるような構成が最も好適である。このような構成
では各色のトナー２１の特性を損なうことがなく良好な
画像形成が可能となる。

【００７１】一方使用する各色のトナー２１の特性が非
常に類似する、或いは所望の制御に使用する電位等にか
なりのマージンがある場合は、各色に対する画像形成部
で使用する制御電極２６及び制御電位を総て、或いは一
部を同じとする場合が望ましく、使用する電源や制御電
極２６に対する部品点数削減と小型化・コストダウン・
信頼性の向上が可能となる。

【００７２】尚、本実施形態においては、顕像剤がトナ
ーである場合を例に挙げて説明したが、顕像剤はインク
等であってもよい。さらに、トナー供給部２の構成を、
イオンフロー法を適用した構成とすることも可能であ
る。つまり、画像形成部は、コロナ帯電器等のイオン源
を備えた構成となっていてもよい。この場合において
も、上記と同様の作用・効果を奏することができる。ま
た、本実施形態においては、顕像剤がトナーである場合
を例に挙げて説明したが、顕像剤はインク等であっても
よい。

【００７３】

【発明の効果】請求項１の構成によれば、第１電極群と
第２電極群によるトナー飛翔制御が十分に行なえない場
合であっても第３電極群による制御が可能で、より低い
制御電位での所望の良好な飛翔制御が可能となる。

【００７４】請求項２の構成によれば、第２電極群によ
る電界の影響が非常に強い場合であってトナー飛翔制御
が十分に行なえない場合でも、第３電極群による制御に
よって低い制御電位での所望の良好な飛翔制御が可能と
なる。

【００７５】請求項３の構成によれば、第２の電極群に
よる電界の影響が非常に強い場合であってトナー飛翔制
御が十分に行なえない場合でも、第３電極群による制御
によってより低い制御電位での所望の良好な飛翔制御が
可能となる。

【００７６】請求項４の構成によれば、第３電極群に印
加する電位として第１または第２電極群に使用する電位
と等しいので、別途電源を必要とせず電源のコストアッ
プが発生しない。

【００７７】請求項５の構成によれば、第３電極群に印
加する電位を第１電極群の電位の切り替えと同時に行う
ので、第１電極群に対する電位の切り替え時に使用する
トリガーを活用でき、別途パルス制御を必要としない。
従って電位の切り替えに対してのコストアップを最小限
に抑えることができる。

【００７８】請求項６の構成によれば、第３電極群に印
加する電位を第１電極群に付与する電位の切り替え時か
ら所定量だけずらせて制御するので、切り替え時に発生
する種々の不具合を容易に回避でき良好なトナー飛翔制
御が可能である。

【００７９】請求項７の構成によれば、各電極群の開口
部径の大きさを、各ゲ−トから飛翔するトナー量の均一
化を図るよう設定するので、任意のゲートに対して常に
一定量のトナーが飛翔して良好な画像形成が可能とな
る。

【００８０】請求項８の構成によれば、各電極群に付与
する電位制御を各ゲートから飛翔するトナー量の均一化
を図るように設定するので、任意のゲートに対して常に
一定量のトナーが飛翔して良好な面像形成が可能とな
る。

【００８１】請求項９の構成によれば、複数の顕像剤の
異なる特性に応じて適正な制御電極を使用するまたは夫
々のトナーの特性に応じた制御を行うので、各トナーの
特性を十分に活用できる良好なカラー画像形成装置が実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の全体的構成を示す
概略断面図である。

【図２】本画像形成装置の主要部分の概略断面図であ
る。

【図３】本画像形成装置の制御電極を示す構成図であ
る。

【図４】本画像形成装置の印字動作を示すフローチャー
トである。

【図５】制御電極を示す断面図である。

【図６】各電極に印加する電位制御のタイミングチャー
トである。

【図７】各電極の電位とトナーの飛翔制御を示す説明図
である。

【図８】各電極の電位とトナーの飛翔制御と飛翔状態を
示す説明図である。

【図９】帯状電極によるトナーの飛翔の制御を示す説明
図である。

【図１０】従来の制御電極の断面図である。

【図１１】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
断面図である。

【図１２】本発明に係る制御電極のさらに他の実施形態
を示す断面図である。

【図１３】各電極に印加する他の電位制御のタイミング
チャートである。

【図１４】本発明に係る制御電極のさらに他の実施形態
を示す断面図である。

【図１５】本発明に係る制御電極のさらに他の実施形態
を示す断面図である。

【図１６】カラー画像形成装置の主要部分の概略断面図
である。

【符号の説明】

５用紙２１トナー２２トナー担持体２５対向電極２６制御電極２６ａ基板２７ａ第１帯状電極２７ｂ第２帯状電極２７ｃ第３帯状電極２９ゲート３１制御電源部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】顕像剤を担持する担持体と、該担持体に
対向配置された対向電極と、上記担持体と上記対向電極
との間に電位差を発生させる電圧を供給する電源手段
と、上記担持体と上記対向電極との間に配置された基板
に顕像剤の通過部となる開口部を形成する複数個のゲー
トと該ゲートを囲む開口部を有する電極群とを設けた制
御電極と、該制御電極の各電極に複数の電位状態を与え
る制御手段とを具備し、上記制御手段によって上記ゲー
トの対応する電極に所定の電位を印加することにより、
上記担持体に担持された顕像剤の上記ゲート通過を制御
して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を
形成する画像形成装置において、上記電極群は、上記担持体から上記対向電極の方向に、
少なくとも第１電極群、第２電極群及び第３電極群をこ
の順に配置した構成であり、上記制御手段は、上記第３電極群に行う電位制御を上記
第１電極群に対して行う電位制御に同期させることを特
徴とする画像形成装置。
【請求項２】上記第２電極群の開口径は、第１電極群
が有する開口径よりも小さい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】上記第３電極群の開口径は、第２電極群
が有する開口径よりも小さいことを特徴とする請求項１
記載の画像形成装置。
【請求項４】上記制御手段は、上記第３電極群に対し
て印加する電位を、上記第１電極群又は上記第２電極群
に印加する電位と等しくすることを特徴とする請求項
１、２又は３記載の画像形成装置。
【請求項５】上記制御手段は、上記第３電極群に印加
する電位を変化させるタイミングを、上記第１電極群の
電位変化のタイミングに一致させることを特徴とする請
求項１、２又は３記載の画像形成装置。
【請求項６】上記制御手段は、上記第３電極群に印加
する電位を変化させるタイミングを、上記第１電極群の
電位変化のタイミングに対して所定量ずらしたことを特
徴とする請求項１、２又は３記載の画像形成装置。
【請求項７】上記各電極群の開口径は、上記顕像剤の
飛翔を均一化するよう設定されることを特徴とする請求
項１ないし６記載の画像形成装置。
【請求項８】上記制御手段は、上記各電極群に対し上
記顕像剤の飛翔を均一化するよう制御することを特徴と
する請求項１ないし７記載の画像形成装置。
【請求項９】異なる複数の上記顕像剤ごとに上記制御
電極及び上記制御手段を配し、各顕像剤ごとに電極群の
開口径と制御内容を設定したことを特徴とする請求項１
ないし９記載の画像形成装置。