JPH11277790A - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 帯電粒子であるトナーの飛翔を簡単な構成で
効率よく制御することにより、良好な画像を形成する画
像形成方法及び画像形成装置を提供すること。 【解決手段】 画像形成方法は、帯電粒子搬送電極と背
面電極との間に帯電粒子を移動させる移送電界を形成
し、帯電粒子搬送電極と背面電極との間に複数の開口を
有する電極を配置して、この開口内における静電界の発
生を制御し、移送電界による帯電粒子の移動を制御する
ことにより、背面電極上の記録部材に画像を形成する方
法であり、画像形成装置は現像ローラと背面電極との間
に配置されたアパーチャ電極の開口内に帯電粒子の通過
の許可を阻止を制御するための制御電極を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機、ファクシミ
リ、プリンターに用いられ、特に、記録部材にトナーを
噴射して画像を形成するための画像形成方法及び画像形
成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パーソナルコンピュターの能力向
上はめざましく、それに伴いオフィスにおいて大量のド
キュメント（書面）が取り扱われている。また、ネット
ワーク技術が進歩し、複数のパーソナルコンピュターか
らの指令に対処する処理能力の高いプリンタ、複写機が
普及しつつある。さらに、インクジェットプリンタ等の
カラープリンタの急速な普及によりカラードキュメント
も増加の傾向にある。しかしながら、プリントスピード
をはじめ白黒ドキュメントやカラードキュメントを鮮明
な画像で出力することができる画像形成装置は現在開発
途上にあり、そのような画像形成装置の出現が待たれて
いる。

【０００３】以下、従来の画像形成装置における画像形
成方法について図を参照して説明する。図８は、特公昭
４４−２６３３３号公報に記載された画像形成のための
電気信号記録方法を示す概略構成図である。図８におい
て、トナー７５を収納するトナー収納部には毛皮により
構成されたブラシ７６と網体のメッシュ電極７４が設け
られている。また、メッシュ電極７４に対向して制御格
子７３と背面電極７１が配置されており、背面電極７１
の制御格子側には記録部材である記録紙７２が摺動可能
に配置されている。図８に示すように、メッシュ電極７
４に対して制御格子７３には電源７８により極性が変化
する電気信号が印加されるよう構成されている。また、
メッシュ電極７４と背面電極７１の間には直流電源７７
が接続されており、逆の極性が印加されるよう構成され
ている。図８に示す画像形成装置において、トナー７５
はブラシ７６の回転による毛皮との摩擦によって、例え
ば負に帯電する。直流電源７７はメッシュ電極７４と背
面電極７１との間に接続されており、帯電したトナー７
５を記録紙７２の方向へ加速する電界を形成するために
設けられている。

【０００４】上記のように構成された従来の画像形成装
置において、メッシュ電極７４と制御格子７３との間に
電気信号が印加されると、印加された電気信号の極性と
強度に応じてメッシュ電極７４を通過するトナー７５の
量及び記録用紙７２への付着位置を制御している。メッ
シュ電極７４と背面電極７１との間には直流電源７７に
よりトナー７５を記録紙７２の方向へ加速する平行電界
が形成されている。この状態において、電源７８により
制御格子７３に電気信号の“ｏｎ”信号（トナー７５が
負帯電の場合は正極電位を有する信号）が印加される
と、制御格子７３のいわゆるゲートが開き、トナー７５
は移送電界により記録紙７２の方向に移動する。一方、
電源７８により制御格子７３に電気信号の“ｏｆｆ”信
号（トナー７５が負帯電の場合は負極電位を有する信
号）が印加されると、制御格子７３のいわゆるゲートが
閉じ、トナー７５は制御格子７３を通過できずその移動
が阻止される。上記のように、従来の画像形成装置は、
制御格子７３に電気信号の“ｏｎ”信号、と“ｏｆｆ”
信号とを組み合わせて印加することによって、トナー７
５の移動を制御して画像を記録紙７２の上に記録してい
る。

【０００５】図９は、特公平２−５２２６０号公報に開
示された従来の画像形成装置の別の構成を示す概略構成
図である。図９において、一成分絶縁性磁性トナー１１
１を収納するトナー収納部には固定磁石１１２を有する
トナー搬送部材１０７が設けられている。このトナー搬
送部材１０７の上方には穴１０４を有する絶縁部材１０
２が近接して設けられている。この絶縁部材１０２の両
面には、信号電極１０１とベース電極１０３が絶縁部材
１０２の穴１０４の周囲に形成されている。背面電極１
０６の信号電極１０１と対向する面には記録部材１０５
が移動可能に設けられている。背面電極１０６は直流電
源１０９に接続されており、約３００Ｖが印加されてい
る。ベース電極１０３とトナー搬送部材１０７との間に
は、交流電源１０８が接続されている。また、信号電極
１０１とベース電極１０３との間には信号電源１１０が
接続されており、５０Ｖの記録用の電圧が印加されるよ
う構成されている。トナー搬送部材１０７の近傍に設け
られている磁性ブレード１１４は、トナー搬送部材１０
７上の一成分絶縁性磁性トナーを帯電させ規制するため
に設けられている。

【０００６】次に、図９に示した従来の画像形成装置に
おける動作について説明する。回転しているトナー搬送
部材１０７上には、１成分絶縁性磁性トナー１１１が磁
性ブレード１１４により所望の厚みを有する薄層に形成
されている。ベース電極１０３とトナー搬送部材１０７
との間に交流もしくは直流を重畳した交流が印加される
と、１成分絶縁性磁性トナー１１１はベース電極１０３
とトナー搬送部材１０７との間で往復運動をはじめる。
この状態において、信号電極１０１に記録信号を印加す
ると、１成分絶縁性磁性トナー１１１は穴１０４を通り
抜けて、背面電極１０６に印加された電界に従って記録
部材１０５に付着する。一方、信号電極１０１に電圧が
印加されなかった場合、または、逆の極性の電圧が印加
された場合、１成分絶縁性磁性トナー１１１は穴１０４
を通過せず、記録部材１０５に対して記録は行われな
い。このように、従来の画像形成装置において、１成分
絶縁性トナー１１１の移動を規制制御することにより、
記録部材１０５上に画像を形成していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来の画
像形成装置においては、以下のような問題があった。 （１）特公昭４４−２６３３３号公報に開示された従来
の画像形成装置（図８参照）において、メッシュ電極７
４と背面電極７１との間に形成された平行電界を制御格
子７３に入力する電気信号により制御してゲートを開閉
する方法で、メッシュ電極７４と制御格子７３との距離
を十分にとり、制御格子７３によって形成される開閉信
号が十分に働くようにしなければならなかった。例え
ば、図８に示した装置においては、メッシュ電極７４と
制御格子７３との間には５００μｍ〜２０００μｍの範
囲の距離が必要であった。もし、メッシュ電極７４と制
御格子７３を近接、あるいは接触させるように配置した
場合には、電気信号に大きな電圧差を有する信号を用い
なければならず、またスイッチング素子として電圧の高
いものを用いねばならなかった。従って、このような構
成の画像形成装置は、装置としての大型化、高コスト化
は免れなかった。一方、メッシュ電極７４と制御格子７
３との間の距離を大きくすると、飛翔するトナーの制御
性が悪くなり、良好な画像が得られないばかりでなく、
トナーが周囲に飛散する等、装置としての基本性能を満
足させるものではなかった。

【０００８】（２）特公平２−５２２６０号公報に開示
された従来の画像形成装置（図９参照）において、絶縁
部材１０２の両面に信号電極１０１とベース電極１０３
を形成する方式では、トナーを飛翔させる電気力線が信
号電極１０１とベース電極１０３の間に強く形成される
ため、穴１０４の内側の壁面にトナーが付着しやすく、
トナーによる穴詰まりが発生しやすいという問題があっ
た。

【０００９】（３）また、絶縁部材１０２の両面に信号
電極１０１とベース電極１０３を形成する方式において
は、電気力線が常に両電極間に形成されるため、電界方
向に関係なくトナーが穴１０４の内側の壁面に付着し易
く、穴１０４からトナーを取り除くための特別のクリー
ニング手段を必要とした。本発明の画像形成方法及び画
像形成装置は、前記の問題を解決しようとするものであ
り、トナーの飛翔を制御する電界を制御格子の開口内に
形成することによって、たとえメッシュ電極と制御格子
とが近接して設けられていても、トナーの飛翔を効率よ
く制御して、良好な画像を形成することができる画像形
成方法及び画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明に係る画像形成方法は、帯電粒子搬送電極と
背面電極との間に帯電粒子を移動させる移送電界を形成
すること、前記帯電粒子搬送電極と前記背面電極との間
に複数の開口を有して配置され、印加電圧が制御された
アパーチャ電極により前記複数の開口内に独立して静電
界を発生させて前記移送電界を消失させ、前記帯電粒子
の前記開口への通過を阻止すること、印加電圧が制御さ
れた前記アパーチャ電極により前記開口内の静電界の発
生を抑制して前記移送電界を露出させ、前記帯電粒子の
前記開口への通過を許可すること、により前記帯電粒子
の移動を制御して画像を形成する。前記の画像形成方法
においては、帯電粒子を搬送する移送電界がアパーチャ
ー電極に形成された開口の内部における静電界の有無に
より制御され、精度の高い画像が形成される。

【００１１】本発明に係る画像形成装置は、粒子に電荷
を付与して帯電粒子を形成するための帯電手段と、前記
帯電手段により形成された帯電粒子を搬送するため、導
電性材料で形成され所定の電圧が印加される帯電粒子搬
送手段と、前記帯電粒子を直接または間接的に受容する
ための背面電極手段と、前記帯電粒子搬送手段と前記背
面電極手段との間に配置され、複数の開口を有する絶縁
部材と、前記複数の開口の内側の少なくとも一部、又は
前記複数の開口における背面電極側出口の周縁部の少な
くとも一部にそれぞれ形成され、互いに独立した電圧が
印加される制御電極と、前記帯電粒子の帯電極性とは実
質的に反対の極性を前記制御電極に印加するための制御
電源と、前記帯電粒子を前記帯電粒子搬送手段から前記
背面電極手段へ移動させる移送電界を形成するために設
けられ、前記帯電粒子搬送手段または前記背面電極手段
に電圧を印加するための移送電源と、前記制御電源によ
る前記制御電極の印加電圧を制御して前記帯電粒子を制
御して画像を形成する制御部と、を具備する。前記のよ
うに構成された画像形成装置では、アパーチャー電極の
開口の内部に形成された制御電極、又は開口部の出口周
縁部に形成された制御電極によって開口内に生じる静電
界の有無により、帯電粒子を搬送する移送電界が制御さ
れ、良好な画像が形成される。

【００１２】また、本発明に係る画像形成装置は、前記
制御電極が前記開口の内側の壁面に環状に形成されてい
る。前記のような構成の画像形成装置によって、開口内
部に直接制御電界を形成することができ、帯電粒子の制
御性を高めて、良好な画像を形成することができる。

【００１３】さらに、本発明に係る画像形成装置は、粒
子に電荷を付与して帯電粒子を形成するための帯電手段
と、前記帯電手段により形成された帯電粒子を搬送する
ため、導電性材料で形成され所定の電圧が印加される帯
電粒子搬送手段と、前記帯電粒子を直接または間接的に
受容するための背面電極手段と、前記帯電粒子搬送手段
と前記背面電極手段との間に配置され、複数の開口を有
する絶縁部材と、前記複数の開口の内側にそれぞれ形成
され、互いに独立した電圧が印加される制御電極と、前
記帯電粒子の帯電極性とは実質的に反対の極性を前記制
御電極に印加するための制御電源と、前記絶縁部材の前
記背面電極側の前記開口の周縁部近傍に形成された偏向
電極と、前記偏向電極に所望電圧を印加するための偏向
電源と、前記帯電粒子を前記帯電粒子搬送手段から前記
背面電極手段へ移動させる移送電界をつくるために設け
られ、前記帯電粒子搬送手段または前記背面電極手段に
電圧を印加するための移送電源と、前記制御電源による
前記制御電極の印加電圧を制御し、前記偏向電源による
前記偏向電極の印加電圧を制御して、前記帯電粒子の移
動を制御して画像を形成する制御部と、を具備する。前
記のように構成された画像形成装置では、帯電粒子を搬
送する移送電界が、アパーチャー電極の開口の内部に形
成された制御電極、または、開口部の出口周縁部に形成
された制御電極により開口内の静電界の有無を制御し
て、帯電粒子の通過／非通過を決定し、さらに、開口部
の出口周縁部に形成された偏向電極により帯電粒子の飛
翔方向と量を制御することにより、良好で高精度の画像
を形成する。

【００１４】また、本発明に係る画像形成装置は、前記
偏向電極がそれぞれの開口の近傍に形成された第１の偏
向電極と第２の偏向電極とにより構成され、前記第１の
偏向電極と前記第２の偏向電極に独立して電圧が印加さ
れ帯電粒子の移送方向を制御するよう構成されている。
前記のように構成された画像形成装置では、開口部の出
口周縁部に形成された偏向電極の第１の偏向電極と第２
の偏向電極により帯電粒子の飛翔方向と量を制御するこ
とにより、少ない部品点数で良好で高精度の画像を形成
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施の形
態を添付の図１〜図７を参照しつつ説明する。 《第１の実施例》以下、本発明の画像形成装置の一実施
の形態である第１の実施例について図面を用いて説明す
る。図１は本発明の第１の実施例の画像形成装置の構成
を示す概略構成断面図である。図１において、帯電粒子
搬送手段としての現像ローラ２は、供給ローラ６から供
給されたトナー５０を像形成位置へ搬送する。規制ブレ
ード４は現像ローラ２上のトナー２０を所定膜厚に形成
するとともに、トナー５０を帯電させる。

【００１６】図１に示すように、現像ローラ２の像形成
位置に対向してアパーチャ電極１２と背面電極８が配置
されており、背面電極８の現像ローラ２と対向する面に
記録用紙２０が移動可能に配設されている。アパーチャ
電極１２には像形成位置と対向して複数の開口１４が形
成されており、この開口１４の内側の壁面には環状の制
御電極１６が形成されている。本発明の画像形成装置に
おける現像ローラ２は、アルミニウム、鉄などの金属、
またはこれらの合金から構成されている。第１の実施例
の現像ローラ２は外径が２０ｍｍ、厚み１ｍｍのアルミ
ニウムの筒を用いて形成している。また第１の実施例の
現像ローラ２は接地したが、本発明の画像形成装置はこ
れに限るものではなく、直流または交流の電圧を印加し
てもよい。

【００１７】規制ブレード４は、ウレタンなどの弾性部
材から構成されており、硬度が４０から８０度（ＪＩＳ
Ｋ６３０１ Ａスケール）、自由端長（取り付け部材
からはみ出した部分の長さ）は５〜１５ｍｍであり、こ
の規制ブレード４により現像ローラ２上に１〜３層のト
ナー層が形成される。規制ブレード４は電気的にフロー
ト状態、接地状態、又は直流か交流の電圧を印加して用
いられる。第１の実施例の規制ブレード４はフロート状
態で用いている。現像ローラ２上のトナー５０は、現像
ローラ２と規制ブレード４との間に挟み込まれて、小さ
な撹拌を受けて現像ローラ２から電荷を受け取り帯電す
る構成である。

【００１８】供給ローラ６は、鉄などの金属の軸体（第
１の実施例では直径８ｍｍ）上に、発泡性のウレタンな
どの合成ゴムを２〜６ｍｍ程度の厚みを有して設け、硬
度が３０度（ローラ状に加工したものをＪＩＳ Ｋ６３
０１ Ａスケールの方法で測定）である。供給ローラ６
は現像ローラ２への食い込み量が０.１〜２ｍｍの範囲
が好ましい。供給ローラ６は、接地するか、直流電圧又
は交流電圧を印加して用いられ、トナー５０の帯電を補
助するほか、トナー５０の供給もコントロールする。第
１の実施例の背面電極８は、金属板で構成したが、樹脂
中に導電フィラーを分散したフィルムを用いて構成して
もよい。この場合、フィルムの抵抗は１０²〜１０¹⁰Ω
・ｃｍ程度が好ましい。

【００１９】画像を形成する場合には、背面電極８の上
に記録用紙２０を配置してこの記録用紙２０にトナー付
着させるか、又はフィルム状の背面電極８にトナー５０
を直接付着させる構成でも良い。背面電極８に直接トナ
ー５０を付着させる場合、背面電極８はエンドレスのフ
ィルム状に加工し、このフィルムにトナー５０を直接付
着させて画像を記録した後に、このフィルムから記録用
紙に転写をするように構成する。背面電極８とアパーチ
ャ電極１６との間の距離は、５０〜１０００μｍの範囲
が好ましく、この範囲において記録用紙２０の上に良好
なトナー像が形成された。アパーチャ電極１２は、複数
の開口１４を有する開口群を持つ絶縁性フィルムで構成
され、各開口１４の内側の壁面には制御電極１６が形成
されている。アパーチャ電極１２を構成する絶縁性フィ
ルムは、厚さ１０〜１００μｍが好ましく、ポリイミ
ド、ポリエチレンテレフタレートなどの絶縁材料により
形成されている。

【００２０】図２はアパーチャ電極２の一部を示す側面
断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。図２の（ａ）に示
すように、制御電極１６は開口１４内部の壁面に形成さ
れている。図２の（ｂ）に示すように、各制御電極１６
からリード線１８が導出しており、各制御電極１６と制
御電源２２とを接続している。このリード線１８は絶縁
フィルム上に導電パターンとして形成されている。図２
の（ｂ）に示した開口１４は互いに大きく離間している
が、実際には、すべての開口１４からトナー５０を吹き
出して記録用紙２０に記録したときに全黒の画像が形成
できるように、開口１４は互いに補完する距離で千鳥状
に配置されている。良好な画像を形成するために、開口
１４の直径が５０〜２００μｍが好ましい。第１の実施
例において、開口１４の直径Ｄは１５０μｍであり、こ
の開口１４の内壁面に形成された制御電極１６の厚みｔ
は約１０μｍであり、開口１４の内径ｄは１３０μｍで
ある。

【００２１】制御電極１６は銅などの金属から構成され
ており、厚みｔは５〜３０μｍが好ましい。各制御電極
１６はリード線１８を介して制御電源２２に各々独立し
て接続されている。制御電極１６に接続されている制御
電源２２は、所望の電圧を出力する電圧発生部（図示せ
ず）とこの出力電圧をスイッチングするためのスイッチ
ング素子から構成されている。スイッチング素子の１個
には、３２、６４、１２８個程度のチャンネルがあり、
リード線１８を介して制御電極１６に供給する電圧を各
々制御できる構成である。例えば、１インチ当たり３０
０ドットの記録密度(300dpi)で記録する場合、スイッチ
ング素子として６４チャンネルのものを用いると、３０
０個の開口を制御するのには６４チャンネルを有するス
イッチング素子、５個が必要となる。

【００２２】図３は制御電極１６に印加される電圧波形
を、縦軸に電圧、横軸に時間をとって示している。図３
において、Ｔｔは１ドットを形成するのに必要な時間を
示し、解像度によって決定される。例えば、３００ｄｐ
ｉ(dot/inch)のドットを形成するためには、１インチ(i
nch)２５．４ｍｍを３００ドット(Dot)で割ると１ドッ
トの直径は約８３μｍとなる。Ｔｔの間に記録用紙２０
が１ドット分移動すればよいので、記録用紙２０の速度
を、例えば、６０ｍｍ／ｓとすると、時間Ｔｔは約１３
９０μｓと計算される。

【００２３】Ｔｂは、制御電極１６にトナー５０を飛翔
させるため、現像ローラ２と背面電極８とによって形成
された移送電界を露出させる時間を示す。この時間Ｔｂ
は、トナー５０が現像ローラ２から離れ、背面電極８に
到達するまでの時間以上となる必要があり、トナー５０
の帯電量、重量、電界からほぼ決定される。例えば、ト
ナー５０の一個の粒子直径を１０μｍ、帯電量を５μＣ
／ｇ、密度を１.２ｇ／ｃｍ³、背面電極８と現像ローラ
２との間に印加する電圧を１０００Ｖとし、運動方程式
（ｍａ＝ｑＥ、ｍは質量、ａは加速度、ｑはトナー粒子
一個の帯電量、Ｅは印加する電界）の加速度から、Ｔｂ
は約２００μｓと計算される。Ｔｗは、現像ローラ２と
背面電極８との間に形成された移送電界を消し、トナー
５０の移動を阻止する静電界を発生する時間を示す。従
って、制御電極１６には、トナー５０の帯電極性と同一
の極性が印加される。第１の実施例においては、制御電
極１６には−３００Ｖが印加されている。

【００２４】前述の例に従えば、Ｔｔ＝１３９０μｓと
Ｔｂ＝２００μｓとの差、約１１９０μｓの時間にトナ
ー５０の移動が阻止される電圧が制御電極１６に印加さ
れる。即ち、上記のプロセスにおいては、トナー５０の
飛翔が現像ローラ２と背面電極８との間に形成される移
送電界で行われ、トナー５０の移動の阻止が制御電極１
６に印加される阻止電圧により行われる。前述の時間Ｔ
ｂにおいて、トナー５０を引き込むために、トナー５０
の帯電極性とは反対の極性の電圧を制御電極１６に印加
するよう構成することもできる。

【００２５】図４は、従来のアパーチャー電極近傍の構
造（ａ）と本発明のアパーチャー電極近傍の構造（ｂ）
を示す概略図である。図４の（ａ）と（ｂ）において、
アパーチャー電極に形成された開口の大きさや各部品間
の距離は同じとする。図４を用いて、従来のアパーチャ
電極と本発明のアパーチャ電極との差を、等電位線を用
いて説明する。図４の（ａ）は、従来のアパーチャー電
極の構造を示し、制御電極１６０が絶縁性フィルム１６
１の上面（現像ローラ２と対向する面）に形成されてい
る。図４の（ａ）に示すように、制御電極１６０はアパ
ーチャー電極の開口１４０の内壁面から外側に離れた位
置に形成されている。図４の（ｂ）は、本発明のアパー
チャー電極の構造を示し、制御電極１６が開口１４の内
壁面に形成されている。この制御電極１６に、例えば、
トナー５０の帯電極性と同じ極性である負極性を印加し
た場合、制御電極１６の周辺には、図のように同心円状
に等電位線が形成される。現像ローラ２と背面電極８と
の間には、元々トナー５０を飛翔させるための移送電界
（現像ローラ２は接地、背面電極８に＋１０００Ｖ）が
形成されており、この状態において、制御電極１６に阻
止電圧である負極性の電圧を印加すると、図４の（ｂ）
において矢印Ｂで示す移送電界の起点ｂが、アパーチャ
ー電極１２の下側（背面電極側）に押し出される。

【００２６】一方、図４の（ａ）に示す従来のアパーチ
ャー電極の構造において、制御電極１６０にトナー５０
の移動を阻止する電圧を印加した場合、図４の（ａ）に
おいて矢印Ａで示す移送電界の起点ａが、開口１４０の
内部に存在する。上記のように、図４の（ａ）に示す状
態においては移送電界Ａの起点ａが開口１４０の内部に
あり、図４の（ｂ）に示す状態においては移送電界Ｂの
起点ｂが完全に開口１４の外側に押し出されている。こ
のように移送電界Ｂの起点ｂが開口１４の外側にある理
由は、制御電極１６が開口１４の内部に設けられている
ため、等電位線が開口１４内部で密になるためである。
このように現像ローラ２と背面電極８との間に形成され
た移送電界は、開口１４の内部に形成された制御電極１
６にトナー５０の帯電極性と反発する電圧を印加するこ
とによって効率よく確実に排除することができる。第１
の実施例の画像形成装置は、このように形成される移送
電界と阻止電界とを組み合わせることによって画像形成
を制御し、記録用紙上に良好な画像を形成する。

【００２７】次に図５を用いて第１の実施例の画像形成
装置の全体の動作について説明する。図５は、第１の実
施例の画像形成装置の構成を示す概略構成図である。図
５に示した第１の実施例の画像形成装置は、前述の図１
に示した画像形成装置における記録用紙の位置に中間転
写体である中間転写ベルト３０を設けた構成の装置であ
る。図５において、現像ローラ２の像形成位置と対向し
て設けられた中間転写ベルト３０は、樹脂中に導電フィ
ラーを分散したフィルムで構成されており、その抵抗が
１０⁸Ω・ｃｍである。中間転写ベルト３０は、アパー
チャ電極１２の開口１４に対向する位置に配置され、中
間転写ベルト３０の背後に接触して背面電極８に支持さ
れている。

【００２８】ピックアップローラ３２は給紙トレイから
記録用紙２０を一枚毎に送り出すために設けられてお
り、タイミングローラ３４は給紙された記録用紙２０と
画像位置を調整するために設けられている。タイミング
ローラ３４から送られてきた記録用紙２０は、転写ロー
ラ３６に供給され、中間転写ベルト３０上に形成された
トナー画像が記録用紙２０に転写される。転写ローラ３
６は、金属ローラ上にウレタンなどの発泡スポンジを導
電処理したものであり、外径は２０ｍｍ、硬度はＪＩＳ
Ｋ６３０１ Ａスケールで約３０度である。転写ロー
ラ３６は、その金属軸の両端が約５００から１０００ｇ
の圧力で中間転写ベルト３０に押し当てられている。こ
の転写ローラ３６の抵抗は、接地した金属板に上述した
圧力で押さえ、金属軸に５００Ｖ印加して、約１０⁶か
ら１０⁷Ω・ｃｍであった。トナー画像が転写された記
録用紙２０は、定着装置３８に送られ、記録用紙２０の
上に形成されたトナー画像を圧力と熱で定着する。

【００２９】第１の実施例において用いたトナーは、記
録用紙２０への固着方法が樹脂を熱で溶融して行う方法
であるため、樹脂としてスチレン−アクリル系共重合
体、スチレン−ブタジエン系共重合体、ポリエステル樹
脂、エポキシ樹脂およびこれらの混合樹脂が適当であ
る。また、第１の実施例に用いるトナーとしては、もち
ろん磁性粉体を含有する磁性トナーを用いてもよく、こ
の場合、磁性粉としてフェライト、マグネタイトをはじ
めとする鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性を示す元
素を含む合金、化合物などが有効である。磁性粉の保持
力は100〜500Ｏｅのものが適当であり、また、樹脂に対
して磁性粉はトナー粒子１００重量部に対して２０〜４
０重量％が適当である。

【００３０】第１の実施例に用いるトナーとしては上記
の他に、電荷制御剤やトナーの流動性を制御するために
シリカ(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、ステアリン酸の金属
塩等を０.１〜5重量％添加することが好ましい。特にシ
リカは流動性を大きく左右し、開口１４にトナーが詰ま
ることを避けることができる。また、シリカは直径が小
さく高い帯電性を有することから、電気力に強く引かれ
アパーチャ電極１２の周囲の壁面に付着しやすく、トナ
ーが開口１４を通過する際の運動を促進するコロの役割
を果たして穴詰まりを回避する効果を果たす。シリカは
窒素吸着によるＢＥＴ比表面積で１００〜３００ｍ²／
ｇの範囲にあるものが適当である。１００ｍ²／ｇを下
回るような小径のシリカを用いると樹脂を寸断するよう
に混ざり込むため充分な定着性を得ることができない。

【００３１】次に、上記のように構成された第１の実施
例の画像形成装置における画像形成動作について説明す
る。アパーチャー電極１２は解像度が、例えば３００dp
iならば１インチあたり３００個の開口１４を有してい
る。これら複数の開口１４は、記録用紙２０における幅
方向に、背面電極８と対向して千鳥状に並設されてい
る。制御電極１６は、それぞれの開口１４に形成されて
おり、複数のスイッチング素子にリード線を介してそれ
ぞれ接続されている。それぞれの制御電極１６は画像デ
ータに従い、図３に示した電圧波形を組み合わせて、ト
ナーを中間転写ベルト３０に移送して画像形成が行われ
る。なお、上記実施例においては制御電極１６が開口１
４の内壁面の全面に形成したもので示したが、制御電極
１６は開口１４の出口周縁部（背面電極側周縁部）に制
御電極を形成して、開口内の電界の発生を制御して、帯
電粒子であるトナーの開口における通過／非通過を制御
することもできる。

【００３２】第１の実施例において、現像ローラ２とア
パーチャー電極１２との間の距離は約５０μｍであり、
アパーチャー電極１２と背面電極８との間の距離は約５
０μｍである。従って、第１の実施例の画像形成装置に
おいては、現像ローラ２と背面電極８との間の距離が従
来の装置（５００μｍ以上）に比べて非常に短く構成さ
れている。また、背面電極８には予め約＋１０００Ｖの
電圧が印加されている。中間転写ベルト３０上に形成さ
れたトナー画像は、このトナー画像に同期させて転写ロ
ーラ３６に給紙された記録用紙２０に転写される。この
とき、中間転写ベルト３０は転写ローラ３６によって背
面から約＋５００Ｖの電圧が印加される。記録用紙２０
上に転写されたトナー画像は定着ローラ３８によって記
録用紙２０に固着され、その記録用紙２０は装置外部に
排出される。以上のように、第１の実施例の画像形成装
置によれば、現像ローラ２、アパーチャー電極１２、背
面電極８におけるそれぞれの間の距離が従来の装置に比
べて短く設定できるため、トナーが飛散することなく効
率高く制御されて、良好な画像を確実に形成することが
できる。

【００３３】《第２の実施例》次に、本発明の画像形成
装置の第２の実施例を図６を参照して説明する。図６
は、第２の実施例の画像形成装置の構成を示す概略構成
図である。図６において、前述の第１の実施例の画像形
成装置と同じ、機能、構成を示すものには同じ番号を付
し、その説明は省略する。図６に示した第２の実施例の
画像形成装置において、前述の第１の実施例と異なると
ころは、アパーチャー電極１２の背面電極８側に制御電
極１６とは異なる機能を持つ２つの偏向電極４８ａ、４
８ｂを設けたことである。第２の実施例の偏向電極４８
ａ、４８ｂは、トナーを現像ローラ２から引き出すため
の制御電極ではなく、引き出した後にトナーの移送方向
を偏向するために設けられている。このトナーの移送方
向は、偏向電極４８ａ、４８ｂに印加される電圧によっ
て変えられる。

【００３４】第２の実施例の画像形成装置において、ト
ナーは現像ローラ２と背面電極８との間に形成された移
送電界によって、現像ローラ２から背面電極側へ移動し
て、トナーが記録用紙２０上に到達する。一方、トナー
の開口１４における通過を阻止する場合、開口１４内に
形成された制御電極１６にトナーの移送を阻止する電圧
が印加され、トナーの記録用紙２０への移動を阻止す
る。このように、第２の実施例の画像形成装置は、前述
の第１の実施例の画像形成装置と同様に、トナーの移動
の許可状態と阻止状態という二つの状態の組み合わせる
ことによって、画像が形成される。上記のように、トナ
ーの開口における通過の許可と阻止という二つの状態を
組み合わせて良好な画像を形成するためには、トナーが
開口１４を通り抜けた後に、偏向電極４８ａ、４８ｂに
電圧を印加してトナー通過を阻止し、また偏向電極４８
ａ、４８ｂに電圧を印加しないことによりトナー通過の
許可を行う。

【００３５】図６に示すように、アパーチャ電極１２の
背面（背面電極８と対向する面）に形成されている偏向
電極４８ａ、４８ｂは、制御電極１６の上側にある第１
の偏向電極である上部電極４８ａと、下側にある第２の
偏向電極である下部電極４８ｂの二つに分かれている。
偏向電極の上部電極４８ａと下部電極４８ｂは、それぞ
れ独立して電源（図示せず）に接続され、制御されてい
る。例えば、偏向電極の上部電極４８ａに負極性の大き
な電圧を印加し、下部電極４８ｂに負極性の小さな電圧
を印加した場合、負帯電のトナーは上部電極４８ａと静
電反発を起こして、下部電極４８ｂの方向に曲がる。ま
た、上部電極４８ａと下部電極４８ｂに印加する電圧の
大小を反対にすると、トナーは下部電極４８ｂと静電反
発を起こして、上部電極４８ａの方向に曲がる。上記の
ように２つの偏向電極４８ａ、４８ｂに印加される電圧
を制御することにより、一つの開口１４から上方向、下
方向、直進方向の３方向にトナーの移送方向を変更する
ことができる。

【００３６】図７は、制御電極１６、偏向電極の上部電
極４８ａ、及び偏向電極の下部電極４８ｂに印加される
電圧波形の例を示す。図７の（ａ）の電圧波形は、制御
電極１６に印加される電圧波形であり、前述の図３に示
した電圧波形と同じである。図７の（ｂ）の電圧波形は
上部電極４８ａに印加される電圧波形であり、図７の
（ｃ）の電圧波形は下部電極４８ｂに印加される電圧波
形を示している。図７において、横軸に時間、縦軸に印
加電圧をとり、それぞれの電圧波形を示している。図７
に示すように、上部電極４８ａと下部電極４８ｂに印加
される電圧波形は、制御電極１６に印加される電圧波形
と同期している。

【００３７】次に、偏向電極４８ａ、４８ｂによるトナ
ーの移送方向の変更制御について図７を用いて具体的に
説明する。図７に示すように、最初に、上部電極４８ａ
には大きな負電圧を印加（第２の実施例においては、約
−２５０Ｖ）し、下部電極４８ｂには小さな負電圧を印
加（第２の実施例においては、約−５０Ｖ）する。この
ように偏向電極に異なる電圧を印加することにより、開
口１４から飛び出したトナーは下部電極側に曲げられ
る。続いて、上部電極４８ａと下部電極４８ａには同電
位の電圧（第２の実施例においては、約−１００Ｖ）が
印加される。このため、開口１４から飛び出すトナーは
曲げられず直進して移送される。

【００３８】さらに続いて、最初の移送方向とは反対の
方向にトナーが曲がるように、上部電極４８ａに小さい
負電圧（第２の実施例においては、約−５０Ｖ）、下部
電極４８ｂに大きな負電圧（第２の実施例においては、
約−２５０Ｖ）を印加する。このように、トナーの移送
方向は、偏向電極４８ａ、４８ｂにより三方向に変更さ
れる。なお、制御電極１６に信号が入力されなければ、
トナーの移送動作は起こらないため、偏向電極の上部電
極４８ａと下部電極４８ａには、図７に示す印加電圧パ
ターンを常時繰り返して印加しておけばよい。なお、本
発明は、図７に示した印加電圧パターンの電圧波形に限
定されるものではなく、各偏向電極に印加される電圧の
大小やタイミングなどをトナーの偏向させる距離や方向
に応じて電圧波形は選択される。例えば、現像ローラ２
とアパーチャー電極１２との距離が約３０から５０μｍ
である場合、トナーが現像ローラ２を離れて開口１４に
到達するまでに約２０から４０μｓの時間がかかる。従
って、偏向電極に電圧を加えるタイミングは、画像形成
期間（図３と図７におけるＴｔ）の始めから３０〜５０
μｓだけ遅延させて偏向電極に所望電圧を印加する構成
により、精度の高い画像が効率的に形成される。

【００３９】以上のように、第２の実施例の画像形成装
置によれば、アパーチャー電極１２の背面電極側で開口
１４の近傍に設けた偏向電極によって、トナーの移送方
向を調整して画像形成ができるだけでなく、一つの開口
から複数のドットが形成できる。このため、第２の実施
例の画像形成装置は、従来の装置に比べて少ない数の開
口により所望の画像を形成でき、かつ各開口における通
過／不通過を制御するスイッチング素子の個数を削減で
きるため、コスト低減に大きく寄与する装置である。

【００４０】

【発明の効果】本発明の画像形成方法と画像形成装置に
おいては、以下に示す効果を有する。本発明の画像形成
方法において、帯電粒子電極と背面電極との間に帯電粒
子を移動させる移送電界を形成し、複数の開口を有する
アパーチャ電極を帯電粒子電極と背面電極との間に配置
して、帯電粒子の開口内通過を阻止する静電界の発生を
制御することにより、トナーが効率高く制御されて良好
な画像が確実に形成できる。また、本発明の画像形成装
置によれば、帯電粒子電極と背面電極との間に帯電粒子
を移動させる移送電界が形成され、制御電極を複数の開
口を有するアパーチャ電極の開口内に形成して、この制
御電極をオンオフ制御することにより、帯電粒子の開口
内通過を阻止する静電界の発生を制御して、トナーが飛
散せず効率高く制御され、小型の装置で良好な画像を形
成することができる。また、本発明の画像形成装置によ
れば、帯電粒子を移動させる移送電界が、アパーチャー
電極に形成された開口の内部に形成された制御電極によ
り開口内の電界の発生を制御して、帯電粒子の開口にお
ける通過／非通過を制御するとともに、開口の周縁近傍
に形成された偏向電極により帯電粒子の飛翔方向及び量
を制御して良好な画像を、少ない構成部品で形成するこ
とができる。さらに、本発明の画像形成装置は、制御電
極を複数の開口を有するアパーチャ電極の開口内に形成
してオンオフ制御することにより、開口内面にトナーが
付着することが大幅に抑制され、開口内のトナーを取り
除くための特別のクリーニング手段を必要しない効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の画像形成装置の概略構
成を示す構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例のアパーチャー電極の断
面図（ａ）と、アパーチャー電極の平面図（ｂ）であ
る。

【図３】本発明の第１の実施例における制御電極に印加
される電圧波形を示す波形図である。

【図４】従来のアパーチャ電極の概略構成を等電位曲線
とともに示す図（ａ）と本発明のアパーチャー電極の構
成を等電位曲線とともに示す図（ｂ）である。

【図５】本発明の第１の実施例の画像形成装置の構成を
示す構成図である。

【図６】本発明の第２の実施例の画像形成装置の構成を
示す構成図である。

【図７】本発明の第２の実施例の画像形成装置における
制御電極と偏向電極に印加される電圧波形を示す波形図
である。

【図８】従来の画像形成装置を示す構成概略図である。

【図９】従来の別の画像形成装置を示す構成概略図であ
る。

【符号の説明】

２ 現像ローラ ４ 規制ブレード ６ 供給ローラ ８ 背面電極 １０ 移送電源 １２ アパーチャー電極 １４ 開口 １６ 制御電極 ２０ 記録用紙 ２２ 制御電源 ５０ トナー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 勝敏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 相澤 昌宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 松尾 浩之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電粒子搬送電極と背面電極との間に帯
   電粒子を移動させる移送電界を形成すること、 前記帯電粒子搬送電極と前記背面電極との間に複数の開
   口を有して配置され、印加電圧が制御されたアパーチャ
   電極により前記複数の開口内に独立して静電界を発生さ
   せて前記移送電界を消失させ、前記帯電粒子の前記開口
   への通過を阻止すること、及び印加電圧が制御された前
   記アパーチャ電極により前記開口内の静電界の発生を抑
   制して前記移送電界を露出させ、前記帯電粒子の前記開
   口への通過を許可すること、により前記帯電粒子の移動
   を制御して画像を形成することを特徴とする画像形成方
   法。
2. 【請求項２】 粒子に電荷を付与して帯電粒子を形成す
   るための帯電手段、 前記帯電手段により形成された帯電粒子を搬送するた
   め、導電性材料で形成され所定の電圧が印加される帯電
   粒子搬送手段、 前記帯電粒子を直接または間接的に受容するための背面
   電極手段、 前記帯電粒子搬送手段と前記背面電極手段との間に配置
   され、複数の開口を有する絶縁部材、 前記複数の開口の内側の少なくとも一部、又は前記複数
   の開口における背面電極側出口の周縁部の少なくとも一
   部にそれぞれ形成され、互いに独立した電圧が印加され
   る制御電極、 前記帯電粒子の帯電極性とは実質的に反対の極性の電圧
   を前記制御電極に印加するための制御電源、 前記帯電粒子を前記帯電粒子搬送手段から前記背面電極
   手段へ移動させる移送電界を形成するために設けられ、
   前記帯電粒子搬送手段または前記背面電極手段に電圧を
   印加するための移送電源、及び前記制御電源による前記
   制御電極の印加電圧を制御して前記帯電粒子を制御して
   画像を形成する制御部、 を具備することを特徴とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記制御電極が前記開口の内側の壁面に
   環状に形成されたことを特徴とする請求項２記載の画像
   形成装置。
4. 【請求項４】 粒子に電荷を付与して帯電粒子を形成す
   るための帯電手段、 前記帯電手段により形成された帯電粒子を搬送するた
   め、導電性材料で形成され所定の電圧が印加される帯電
   粒子搬送手段、 前記帯電粒子を直接または間接的に受容するための背面
   電極手段、 前記帯電粒子搬送手段と前記背面電極手段との間に配置
   され、複数の開口を有する絶縁部材、 前記複数の開口の内側にそれぞれ形成され、互いに独立
   した電圧が印加される制御電極、 前記帯電粒子の帯電極性とは実質的に反対の極性を前記
   制御電極に印加するための制御電源、 前記絶縁部材の前記背面電極側の前記開口の周縁部近傍
   に形成された偏向電極、 前記偏向電極に所望電圧を印加するための偏向電源、 前記帯電粒子を前記帯電粒子搬送手段から前記背面電極
   手段へ移動させる移送電界をつくるために設けられ、前
   記帯電粒子搬送手段または前記背面電極手段に電圧を印
   加するための移送電源、及び前記制御電源による前記制
   御電極の印加電圧を制御し、前記偏向電源による前記偏
   向電極の印加電圧を制御して、前記帯電粒子の移動を制
   御して画像を形成する制御部、を具備することを特徴と
   する画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記偏向電極がそれぞれの開口の近傍に
   形成された第１の偏向電極と第２の偏向電極とにより構
   成され、前記第１の偏向電極と前記第２の偏向電極に独
   立して電圧が印加され帯電粒子の移送方向を制御する請
   求項４記載の画像形成装置。