JPH1142808A

JPH1142808A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH1142808A
Application number: JP9201181A
Authority: JP
Inventors: Shiro Wakahara; 史郎若原; Yukito Nishio; 幸人西尾; Yasuhiro Takai; 康博高井; Koichi Fujita; 浩一藤田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JP3462723B2; US6601946B1

Abstract

(57)【要約】【課題】制御電極に対してＡＣ電位を印加して制御電
極と対向電極の間または担持体の間に直流成分を有する
ＡＣ電界からなる清掃電界を形成してトナーを除去する
構成であるため、トナーの中には所望の帯電極性のトナ
ーの除去は可能であるが、所望の極性とは逆極性を示す
トナーの除去が困難であった。【解決手段】制御電極２６の対向電極２５側表面に付
着したトナー２１の付着力Ｆｃがとトナー２１が対向電
極２５に付着した場合の対向電極２５への付着力Ｆｂよ
り小さくなるように制御電極２６の対向電極２５側に誘
電体層を形成するとともに、対向電極２５と制御電極２
６の間で電界方向が変化し得る振動成分を有する清掃電
界であって、清掃電界から制御電極２６に付着したトナ
ー２１が受ける電気力ＦＥをＦｃより大きくＦｂより小
さくなるように清掃電界を付与して制御電極２６に付着
したトナー２１を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、デジタル複写機お
よびファクシミリ装置の印字部や、デジタルプリンタ，
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４−２８６６６２号公報のように、荷電粒子に電界を
付与して電気力によって飛翔させ、飛翔路に配置した複
数個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与させることにより、画像を
記録媒体上に直接形成するものにおいて、制御電極を励
振手段で励振させるとともに、制御電極の通過孔内に顕
像剤除去電界を形成し、制御電極の通過孔内に付着して
いる顕像剤を除去する画像形成装置が記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術のよう
な構成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。このような画像形成
装置は、ゲートと担持体の間に形成される電界制御によ
って、荷電粒子（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。

【０００４】上記画像形成装置では、制御電極にトナー
が付着することは不可避となる。このトナーの付着は制
御電極の担持体に面する表面の他にトナーが通過するゲ
ート内部及び制御電極の対向電極側に付着する。このト
ナー付着によって種々の不具合が発生する。

【０００５】例えば、トナーによって制御電極に付与す
る電位がシールドされるだけでなく、トナーの持つ電荷
による電位によって制御電極の電位が変化して、具体的
にはトナーを飛翔させない方向に変化して良好なトナー
飛翔が得られなくなる。良好なトナーの飛翔が得られな
くなると形成されるドットの径が変化したり、ドット濃
度が適正でなくなって容易に画像劣化を招来する。

【０００６】さらにこのような状態ではゲート周囲に所
望の電界が形成できずトナーの飛翔軌跡が良好な状態か
ら大きく変化してトナーの飛翔軌跡の制御が困難とな
る。トナーの飛翔軌跡の制御が困難な状態では、トナー
を所定の位置に誘導することが困難となって、例えば、
トナーの飛び散りなどが容易に発生して形成されるドッ
トの品位が損なわれるほか、上記のようなドット径やド
ット濃度の変化が発生する。

【０００７】このような状態では、所望のハーフトーン
の形成が困難となる上に、カラー画像形成装置に至って
は良好な色再現が困難となる。さらに制御電極へのトナ
ーの付着が例えばトナーの通過口であるゲート内部に発
生するとトナーのゲート通過が困難となって所定量のト
ナーがゲートを通過できず上記のような不具合が発生す
る。さらに、通過中のトナーとゲート内部に付着したト
ナーが接触することによって或いはゲート内部に付着し
たトナーの持つ電荷で形成される電界によって飛翔中の
トナーの飛翔軌跡が変化して上記と同じようにトナーの
飛翔軌跡を良好に制御できなくなって上記と同様な不具
合を発生させる。この他に制御電極へのトナー付着が悪
化すると最終的にゲートが目詰まりを起こし物理的にト
ナーが通過不可能となって画像欠落を容易に招来する。

【０００８】また、制御電極の対向電極に付着したトナ
ーによって、例えば、用紙が持つしわやカールによって
用紙の一部が制御電極に接触した場合は、付着トナーが
用紙に付着して容易に用紙の汚れを発生させるだけでな
く、形成された画像を乱す不具合を発生させる。

【０００９】以上のようにトナーの制御電極への付着が
不可能であって種々の不具合を発生させる以上、制御電
極に付着したトナーの清掃を行わなければならない。上
記従来の技術に代表される画像形成装置では、制御電極
に対してＡＣ電位を印加して制御電極と対向電極の間ま
たは担持体の間に直流成分を有するＡＣ電界からなる清
掃電界を形成してトナーを除去する構成である。

【００１０】しかし、トナーの中には所望の帯電極性の
トナーのみが存在することはなく、所望の極性とは逆極
性を示すトナーが存在する。上記従来の技術に代表され
るトナー清掃方法では、所定の帯電極性を示すトナー
（以後、正帯電トナー）は除去可能であるが、上記のよ
うな正帯電トナーと異なる帯電極性（以後、逆帯電トナ
ー）のトナーの除去が困難であった。

【００１１】逆帯電トナーを除去するためには、清掃電
界の直流成分の極性を逆にしなければならず、この場
合、正帯電トナーの清掃が逆に困難となる。したがっ
て、清掃電界によっては単一極性のトナーのみを除去す
ることしかできず、同時に清掃を行うことは困難であっ
た。このために、各帯電極性のトナーの清掃を別々に行
うなどの方法を取らざるを得ず、例えば、給紙間などで
の清掃においては清掃時間が単一の極性のトナー清掃に
必要な時間の２倍が必要で給紙間隔を縮めることが困難
で印字速度の向上の妨げとなっていた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の画像形成
装置は、顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、
該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と
対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する
高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置さ
れた絶縁性基板と、該絶縁性基板に設けられた顕像剤の
通過部となる複数個のゲートと、該ゲートの周囲に設け
られた１個以上の電極群とからなる制御電極と、該制御
電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路からな
る制御手段と、上記制御電極を所定の位置に保持する保
持手段とを有し、上記制御手段によって電極群の対応す
る電極に所定の電位を印加することにより、顕像剤の上
記ゲートの通過を制御して、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、
上記制御電極の対向電極側表面に付着した上記顕像剤の
付着力Ｆｃが顕像剤が上記対向電極に付着した場合の対
向電極への付着力Ｆｂより小さくなるように制御電極の
対向電極側に誘電体層を形成するとともに、上記対向電
極と上記制御電極の間で電界方向が変化し得る振動成分
を有する清掃電界であって、清掃電界から上記制御電極
に付着した顕像剤が受ける電気力ＦＥを顕像剤の付着力
Ｆｃより大きく対向電極への付着力Ｆｂより小さくなる
ように清掃電界を付与して制御電極に付着した上記顕像
剤を除去する。

【００１３】請求項２記載の画像形成装置は、上記清掃
電界を付与させる電位が矩形波である。

【００１４】請求項３記載の画像形成装置は、上記清掃
電界が直流成分が振動成分に対して非常に小さいまたは
直流成分を有していない。

【００１５】請求項４記載の画像形成装置は、上記制御
電極が複数個配置され、個々の制御電極に対して顕像剤
の特性に応じて印加する清掃電位を変える。

【００１６】請求項５記載の画像形成装置は、複数個の
制御電極が配置され、夫々の制御電極に対して単一の清
掃電界を形成し、該制御電極に付着した顕像剤の除去が
可能なよう各制御電極または顕像剤の調整を行う。

【００１７】請求項６記載の画像形成装置は、上記対向
電極の表面に付着した顕像剤を当該表面から除去する清
掃手段を設けた。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態にかかる画像形
成装置を搭載したプリンタの断面を図１に示し、各要素
について図２を用いてその概要を説明する。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。

【００１９】図２のように、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
紙に付着させるとともに、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用紙上に画像を直接形成
するものである。

【００２０】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及び用
紙５に所定の搬送速度を付与する一対のレジストローラ
１２５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。

【００２１】また、画像形成部１からの用紙５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
１２、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。

【００２２】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及び加圧ロ
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、夫々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。

【００２３】温度センサ１５は加熱ローラ１２の表面温
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１
１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。

【００２４】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を加熱定着もし
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
っていていもよい。

【００２５】また、図示しないが、定着部１１からの用
紙５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。

【００２６】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を磁気力により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
るとともに、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、例えば磁性トナーであり、ドクターブレ
ード２３により、マイナス電荷が付与されている。

【００２７】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。

【００２８】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。また、トナー
担持体２２は接地されるとともに、トナー担持体２２に
おけるドクターブレード２３と対向する位置、および、
後述する制御電極２６と対向する位置に、図示しない磁
石が配置されている。これにより、トナー担持体２２
は、その外周面にトナー２１を担持することができるよ
うになっている。また、トナー担持体２２の外周面に担
持されたトナー２１は、該外周面における上記位置に対
応する位置で穂立ちを形成する。

【００２９】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
力によりトナー２１を担持するかわりに電気力または電
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。

【００３０】画像形成部１の印刷部３は、例えば１ｍｍ
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
給うする高圧電源３０と、対向電極２５の清掃を行う清
掃手段としての清掃ブラシ２５ｂと該清掃ブラシ２５ｂ
の駆動手段２５ｃ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、ペーパーガイド１２８と、用紙
５を制御電極２６に接触しないようにエア吸着する吸着
装置９２を備えている。吸着装置９２にはチャンバー９
６内の減圧を行うファン９３と、用紙５を吸着する吸気
口９４とペーパーガイド１２４，１２６と対向する対向
電極２５を配置している。

【００３１】上記対向電極２５は、トナー担持体２２の
外周面からの距離が例えば１ｍｍとなるように設けられ
ている。吸着装置９２はファン９３によってチャンバー
９６の減圧を行い、該減圧によって吸気口９４に用紙５
をエア吸着される構成となっている。

【００３２】また、対向電極２５には、高圧電源（制御
手段）３０により、例えば印字において２ｋＶの高圧が
印加されている。つまり、対向電極２５とトナー担持体
２２との間には、高圧電源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。

【００３３】尚、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に印加される電圧は特に限定されるものではない。

【００３４】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設けている。

【００３５】上記制御電極２６は、対向電極２５と平行
をなしかつ対向電極２５と対向して二次元的に広がって
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。

【００３６】上記制御電極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。

【００３７】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
々独立したリング状の導電体、すなわちリング状電極２
７からなっている。絶縁性基板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、絶縁性基板２６ａは後述するゲート２９となるべき
孔が形成されている。リング状電極２７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、所定の配列にしたが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２
１の通過部となっている。以下、この通過部をゲート２
９と称することとする。

【００３８】さらに、制御電極２６の対向電極２５側に
は１枚の電極からなると同時に接地されたシールド電極
３９を配置している。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
リング状電極２７には開口部径が２００μｍに開口部が
設けられている。

【００３９】ゲート２９の大きさや、絶縁性基板２６ａ
およびリング状電極２７の材質や厚さ等は特に限定され
るものではない。

【００４０】上記リング状電極２７は給電線４１及び高
圧ドライバ（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、リング状電極２７の個数は特
に限定されるものではない。

【００４１】また、リング状電極２７の表面および給電
線４１の表面やシールド電極３９の表面は、厚さ３０μ
ｍの絶縁体層２６ｃ（図７）で覆われており、これによ
り、リング状電極２７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リング状電極
２７と給電線４１との間の絶縁性およびトナー担持体２
２や対向電極２５との絶縁が確保されている。

【００４２】制御電極２６のリング状電極２７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、すなわち、電圧が印加されている。つまり、制御
電源部３１は、リング状電極２７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３５０Ｖを印
加し、通過させない場合（以後、ＯＦＦ電位）には例え
ば０Ｖを印加するようになっている。

【００４３】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。

【００４４】上記画像形成装置はコンピュータやワード
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
他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を用いて説明する。

【００４５】先ず、例えば、画像読み取り部に複写すべ
き原稿が載置され、コピースタートボタン（図示せず）
が操作されると、この入力を受けた主制御部は画像形成
動作を開始させる。すなわち、画像読み取り部によって
原稿画像が読み取られ、その画像データが画像処理部で
処理され、画像メモリに記憶される画像メモリに記憶さ
れた画像データが、画像形成制御ユニットに転送され、
画像形成制御ユニットでは入力された画像データを制御
電極２６に与える制御電極制御信号に変換し始める。

【００４６】また、画像形成制御ユニットは、所定量の
上記制御電極制御信号を得ると、図示しない駆動装置が
作動し、この駆動装置に回転駆動される図２に示すピッ
クアップローラ６により、用紙カセット４内の用紙５が
画像形成部１方向へ送り出されるとともに、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。ピックア
ップローラ６によって送り出された用紙５はレジストロ
ーラ１２５によって所定の速度で押し出されて吸気口９
４に到達し吸着された状態で対向電極２５との制御電極
２６との対向領域に搬送される。この状態で用紙５はペ
ーパーガイド１２４，１２６を滑りながら所定の速度で
移動する。尚、制御電極制御信号の上記所定量は画像形
成装置の構成等によって異なる。

【００４７】その後、画像形成制御ユニットは、上記制
御電極制御信号を制御電源部３１に供給する。制御電源
部３１は制御電極制御信号に基づいて、制御電極２６の
各リング状電極２７に印加する高圧を制御する。つま
り、制御電源部３１から適宜所定のリング状電極２７に
３５０Ｖもしくは０Ｖ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２
２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、ペーパーガイド１
２４，１２６表面を出紙側に向かって移動している用紙
５上に画像信号に応じたトナー像が形成される。

【００４８】トナー像が形成された用紙５は定着部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。トナー像が定着された用紙５は排紙ロ
ーラにて排紙トレイ上に排出されるとともに、正常に排
出されたことを排紙センサにて検出される。この検出動
作に基づいて主制御部が印刷動作の正常な終了を判断す
る。

【００４９】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。したがって、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
が簡略化されるとともに、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。

【００５０】上記実施形態である画像形成装置をコンピ
ュータ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何ら相違点を有しない。

【００５１】尚、トナー２１の通過を阻止すべく制御電
極２６のリング状電極２７に付与する電位やトナー２１
のリング状電極２７の通過を与える電位は特に限定され
るものではない。

【００５２】上記実施形態における制御電極２６の清掃
動作について説明を加える。

【００５３】制御電極２６の清掃時には、図５にその一
例を示すような振動電位が対向電極２５に付与されてい
る。図５において、例えば、連続印字時における用紙間
において、例えば周波数５０Ｈｚで振幅２ｋＶ、ｄｕｔ
ｙ５０％の矩形波が清掃電位として付与されて清掃電界
が形成される。このような状態で制御電極２６に付着し
たトナー２１の挙動を図６乃至図１３に模式的に示す。

【００５４】制御電極２６に付着したトナー２１は最初
は図６のように制御電極２６の対向電極２５表面に付着
している。ここで図６乃至図１３において●で表したト
ナー２１は正帯電トナー２１を示し、○で表したトナー
２１は逆帯電トナー２１を示す。

【００５５】この状態で、図５のような清掃電位が印加
されて清掃電界が形成されると、制御電極２６に付着し
ているトナー２１に対して振動が付与され、制御電極２
６に対するファンデルワールス力などの付着力が弱めら
れ、図７のように制御電極２６に対する付着力の弱いト
ナー２１から制御電極２６に対して飛翔を始める。図７
は印字時と同じ電界を付与した場合を示している。

【００５６】図７で飛翔したトナー２１は図８のように
対向電極２５に到達し、続いて印字時と逆方向の電界が
付与されると図９のように対向電極２５から制御電極２
６に対して戻るトナー２１は、該電界で新たに飛翔する
逆帯電トナー２１が発生する。

【００５７】ここで、図８のように対向電極２５に到達
したトナー２１のなかには、同図９のように制御電極２
６に対して飛翔を開始するトナー２１の他にそのまま対
向電極２５の表面に残留するトナー２１が存在する。

【００５８】図５のような電位を印加すると図７および
図９で付与される電界は方向が逆であるが電界強度は等
しく、従って、図７と図９で飛翔するトナー２１量は等
しいように思われる。すなわち、制御電極２６から対向
電極２５に飛翔するトナー２１と対向電極２５から制御
電極２６に飛翔するトナー２１の量は等しくなるはずで
ある。しかし、実際は図９のように制御電極２６に向け
て飛翔するトナー２１量が対向電極２５に向けて飛翔す
るトナー２１より少なくなる。これは以下の理由によ
る。

【００５９】制御電極２６に対するトナー２１の付着力
と対向電極２５に対するトナー２１の付着力を比較する
と、本実施形態のようにトナー２１に対して振動を付与
して付着力が低下している場合は鏡像力が非常に大きな
ウエイトを占める。従って、図７のように制御電極２６
表面での鏡像力Ｆ１と対向電極２５表面での鏡像力Ｆ２
は、誘電体である保護層２６ｃを介してシールド電極３
９に作用する鏡像力Ｆ１と金属表面にトナー２１が存在
する場合の鏡像力Ｆ２は、鏡像力が電荷と金属との距離
の２倍の２乗に対して反比例することを考慮すると、Ｆ
１＜＜Ｆ２、すなわち、Ｆｃ＜＜Ｆｂであることが容易
に理解できる。

【００６０】従って、図８のような状態で図７と逆方向
の電界が付与された場合でも付与する電界から受ける電
極力ＦＥを調節してＦｃ＜ＦＥ＜Ｆｂである電界であれ
ば、制御電極２６から対向電極２５に飛翔した量と同じ
量が対向電極２５から制御電極２６に戻ることはなく、
一部は図９のように制御電極２６に戻るものの一部は上
記鏡像力によって飛翔できず対向電極２５に留まる。

【００６１】さらに、対向電極２５から制御電極２６に
戻ったトナー２１が制御電極２６に残留しているトナー
２１に衝突するなどの現象が発生して図１０のように図
７と同じ電界が再度付与された場合に、図７では飛翔を
行わなかったトナー２１が新たに飛翔を開始する。この
ような挙動は正帯電トナー２１に限らず逆帯電トナー２
１に対しても同様に得られる。このような動作が図１１
および図１２のように繰り返されて最終的に図１２のよ
うに制御電極２６に付着したトナー２１が対向電極２５
に移動して制御電極２６の清掃が行われる。

【００６２】このように本発明においては単一の極性の
トナー２１のみの清掃ではなく、正帯電トナー２１と逆
帯電トナー２１の両方のトナー２１を単一の清掃動作で
行うことが可能であって、給紙間での清掃を行う場合に
必要な清掃時間が長くなるなどの不具合が発生せず、印
字速度の向上が可能となる。

【００６３】また、本実施形態では制御電極２６に付着
したトナー２１を対向電極２５に移動させることによっ
て制御電極２６を清掃しているので、対向電極２５の清
掃手段を別途配置するのが望ましい。本実施形態では上
記のように対向電極２５の清掃手段である清掃ブラシ２
５ｂと清掃ブラシ２５ｂの駆動手段２５ｃを配置してい
る。駆動手段２５ｃおよび清掃ブラシ２５ｂは例えば図
１５のような形態であるとともに、対向電極２５は駆動
手段２５ｄによって回転駆動される。

【００６４】また、駆動手段２５ｃはねじ溝が設けられ
たシャフト２５ｅを回転駆動するモータ２５ｆの回転に
よって図中の矢印方向に移動可能である。さらに、対向
電極２５は所定の回転駆動を行う駆動手段２５ｇを備
え、所定のタイミングで良好な印字や良好な対向電極２
５の清掃が行えるように対向電極２５が回転駆動され
る。

【００６５】このような構成において、例えば給紙間等
において制御電極２６の清掃が行われる前や清掃が行わ
れた後に対向電極２５を回転させる。清掃ブラシ２５ｂ
に対向する対向電極２５の平面は駆動手段２５ｃによっ
て移動する清掃ブラシ２５ｂによって清掃され、清掃さ
れた表面が用紙５が搬送される前に制御電極２６に対向
するように駆動制御される。

【００６６】また、上記実施形態では対向電極２５は板
状の形態であるがこれに限定されず例えば多角形の断面
形状を有するなど良好な印字と良好な清掃が得られる形
状であればよい。

【００６７】このような対向電極２５の清掃が行われる
ことによって、対向電極２５に付着したトナー２１が表
面に搬送された用紙５の裏面に付着することがなく用紙
５の裏汚れを発生させない。

【００６８】上記実施形態では、対向電極２５は金属製
の表面を有しているが上記のような清掃が得られるなら
ばこれに限定されず、例えば、対向電極２５表面に誘電
体を配置する構成が可能である。例えば、対向電極２５
の表面にＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）からなる誘
電体層を配置することが可能である。ＰＶＤＦは比誘電
率が８〜１５程度と非常に大きく上記のような清掃に対
して鏡像力の関係Ｆ１＜＜Ｆ２を充分に実現することが
可能である。

【００６９】ここで、誘電体層の抵抗値が大きいと用紙
５や上記清掃ブラシ２５ｂとの摩擦によって発生する摩
擦電荷を中和する或いは除電すること困難となって好適
でない。従って、或る程度の抵抗値、例えば１．０×１
０⁵〜１０¹⁴Ω・ｃｍ程度の抵抗値を有する誘電体とし
て使用可能で１．０×１０¹⁰Ω・ｃｍ程度の誘電体が最
も望ましい。

【００７０】このように、対向電極２５の表面に誘電体
を配置する構成を応用して例えば図１６のような画像形
成装置が可能である。図１６では図２の画像形成装置に
おける吸着装置９２のかわりに静電吸着手段９を配置し
て用紙５の吸着搬送を行っている。

【００７１】静電吸着手段９は、誘電体ベルト２４と、
誘電体ベルト２４を支持する支持部材１６ａ，１６ｂ
と、誘電体ベルト２４表面を清掃する清掃手段としての
クリーナブレード１９と、誘電体ベルト２４表面を除電
する除電ブラシ２８と、帯電ブラシ８を備えている。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ＰＶＤＦを基材とし、体積抵抗率で１０¹⁰
Ω・ｃｍ、厚さ７５μｍである。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。

【００７２】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２５とトナー担持体２２との
間には、高圧電源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。

【００７３】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下流側に誘電体ベルト２
４に圧接するようにして設けられている。除電ブラシ２
８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。

【００７４】上記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
や、制御電極２６の清掃によって制御電極２６から除去
されたトナー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トナー２１によって汚染されること
を防止する。

【００７５】帯電ブラシ８は誘電体ベルト２４の回転方
向における制御電極２６上流側の支持部材１６ａに対向
する位置に誘電体ベルト２４に圧接するようにして設け
られている。上記のように対向電極２５と支持部材１６
ａは２．３ｋＶ、帯電ブラシ８には帯電電源１８により
１．２ｋＶ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
されるとこの電荷によって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２ｋＶとなる。このようにして用紙５を静電吸着して
搬送すると同時に所望のトナー２１の飛翔を行って画像
形成が可能となる。尚、他の構成要素は図２と同じでよ
くその説明は重複するので省略する。

【００７６】上記実施形態では対向電極２５に付与する
電位は図５のように直流成分を持たない振動電界であっ
て、制御電極２６と対向電極２５の間に形成される電界
も直流成分を持たない振動電界となる。さらに、上記実
施形態では振動成分によって形成される電界の電界強度
が、例えば、対向電極２５に向かう方向と制御電極２６
に向かう方向で等しくなるように形成される。これによ
って正帯電トナー２１と逆帯電トナー２１に対して上記
のように全く等しく清掃動作が施されるので、トナー２
１の帯電極性に依存せず良好な制御電極２６の清掃が得
られる。

【００７７】ところが、上記構成において形成される振
動電界が直流成分を持つ場合は、この直流成分に対する
極性のトナー２１の清掃が効果的になる一方、逆の極性
のトナー２１に対しては充分なトナー２１の清掃が得ら
れなくなる場合がある。しかし、良好な清掃が得られる
ならば直流成分を持たせないような制御に限定せず、直
流成分を有するような制御でも何ら問題はない。

【００７８】これに対して一方の極性のトナー２１の帯
電量が大きい或いは小さいなどの片寄った特徴があるな
らばこれらの特徴を生かして寧ろ直流成分を適宜調整し
て持たせるなどの構成が可能であって、より効果的な清
掃動作が得られる。通常のトナーの場合は、正帯電トナ
ーおよび逆帯電トナーに対してさほど大きな特性値の相
違は発生せず、従って、上記のような直流成分を持たな
い振動電界によって最も良好な清掃が得られる。

【００７９】また、上記実施形態では制御電極２６に配
置されたシールド電極３９は接地されているがこれに限
定されず、例えば５０Ｖ程度の電位が付与される場合も
ある。この場合に上記のような清掃電位が付与されても
形成される振動電界は非常に僅かに直流成分を持つだけ
であって、例えば振動成分２ｋＶに対して５０Ｖの直流
成分を持つだけであるので、上記のようにシールド電極
３９を接地した場合とほぼ等しく清掃電位による清掃電
界の効果が得られ良好な清掃が得られる。

【００８０】さらに、上記実施形態では清掃電位として
矩形波を供給しているがこれに限定されず、例えば三角
波や正弦波などの種々の振動成分を含む電位波形が使用
可能である。

【００８１】しかし、上記実施形態のような矩形波や例
えば互いに逆極性のインパルスからなるインパルス列の
ように形成される電界の方向が変化する瞬間に非常に大
きな変化が得られるような電位波形が最も有効である。
これらの波形の特徴として挙げられる一瞬で電界の方向
が変化する過渡時には付着トナー２１に対して非常に広
い周波数範囲で振動が付与されるのと同じ効果をもたら
して、より清掃効果が高められるメリットを生じる。

【００８２】また、上記実施形態では使用する制御電極
２６として対向電極２５側にシールド電極３９を配置す
る構成であるが、制御電極の構成はこれに限定されず、
例えばトナー担持体２２側にシールド電極３９を配置す
る方法や、トナー担持体２２側と対向電極２５側にシー
ルド電極３９を配置する構成も可能であって上記と同様
に良好な清掃動作が得られる。

【００８３】上記実施形態ではゲート２９のトナー２１
の飛翔制御は個々のゲート２９の１個の電極で制御する
シングルドライブによる制御電極２６の場合において説
明したが、図１７のようなマトリックス制御を利用した
制御電極２６を使用した場合でも本発明が同様に適用で
き、良好な画像形成が可能となる。図１７ではリング状
電極２７のかわりに帯状電極２７ａ，２７ｂを配置して
いる。

【００８４】制御電極２６のトナー担持体２２側に帯状
電極２７ｂを配置し、対向電極２５側に帯状電極２７ａ
を配置する構成となっている。図１７の制御電極２６で
は各ゲート２９の電位を切り換える切換手段であるＦＥ
Ｔ（電界効果トランジスタ）の数が大幅に削減できる。
例えば図３のような制御電極２６と比較すると図１７の
ような制御電極２６では必要なＦＥＴの数はおよそ１／
４になる。このように使用するＦＥＴの数を削減する観
点からは図１７のような制御電極２６は非常に有効であ
る。

【００８５】また、上記のような清掃動作は連続印字の
給紙間において行っているがこれに限定されず、例えば
印字開始前や印字終了後および電源投入後や或いはペー
パージャムの解除後などの各タイミングで行うのが望ま
しい。

【００８６】さらに、上記清掃に使用する電位としてそ
の振動や或いはｄｕｔｙは上記に限定されず、使用する
トナー２１の特性や対向電極２５の表面に配置される誘
電体層の特性等に応じて良好な清掃が得られるように調
整するのが好適であって一意に決定できない。

【００８７】上記実施形態では白黒の画像形成装置を例
に挙げて説明しているが、本発明はカラーの画像形成装
置の場合においても良好に適用することができる。カラ
ー画像形成装置は、例えば、複数個のトナー供給部と印
刷部を備えた画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配し
て、それぞれのトナー供給部にカラートナー、例えば図
１８のようにイエロー，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１８
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、本発明を施した画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，
１ｄを配置しており、それぞれの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と同じ構成としてもよい。

【００８８】図１８の各画像形成部１で行われる清掃動
作に対して、使用するトナー２１の特性がそれぞれ異な
るために必要な清掃電界も単一ではない場合がある。こ
の場合は、個々の画像形成部で使用するトナー２１の特
性に応じてそれぞれのトナー２１の清掃に最適な清掃電
位を使用して清掃を行うのが望ましい。

【００８９】しかし、使用する電源の数が増加して部品
点数増加と大型化・コストアップ・信頼性の低下を誘発
しうる。この場合は、各制御電極２６の清掃が可能なよ
うな充分な清掃電位を付与して単一の清掃電位を付与す
ること最も望ましい形態である。

【００９０】ところが、制御電極２６に対するトナー２
１の付着力Ｆｃ、トナー２１の対向電極２５に対する付
着力Ｆｂ、清掃電界からトナー２１が受ける電気力ＦＥ
に対して上記の良好な清掃が行える条件は上記から整理
するとＦｃ＜ＦＥ＜Ｆｂであるが、例えば、画像形成部
１ａにおいて必要な清掃電位を画像形成部１ｂに付与し
た場合に、トナー２１に付与される電気力ＦＥｂがＦＥ
ｂ＜Ｆｃ＜Ｆｂとなる場合が発生し得ることは容易に考
えられる。この場合は、画像形成部１ｂでの制御電極２
６の清掃が行えない事態となる。このような時は例えば
制御電極２６に配置する保護層２６ｃや対向電極２５表
面に配置する誘電体層の誘電率や厚みさらには使用する
トナー２１の帯電量などを調整して上記の清掃が良好に
得られるような構成とするのが合理的である。

【００９１】尚、本実施形態において、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、本発明に
かかる画像形成装置は、例えば、デジタル複写機および
ファクシミリ装置の印字部や、デジタルプリンタ、プロ
ッタ等に好適に適用することができる。

【００９２】

【発明の効果】請求項１の構成によれば、以上のように
対向電極と制御電極の間を顕像剤が往復運動する際に両
者の付着力の際によって対向電極表面に最終的に顕像剤
が移動して制御電極の顕像剤が対向電極に移動して制御
電極の清掃が可能となる。さらに、このような構成で
は、顕像剤の極性に関係なく顕像剤の清掃が可能で逆帯
電顕像剤の影響が全く発生せず単一の清掃動作で制御電
極の清掃が可能となって、清掃する顕像剤の極性によっ
て清掃動作を繰り返して行う必要がなく、給紙間隔が短
縮できて印字速度の向上が可能となる。

【００９３】請求項２の構成によれば、以上のように清
掃電界として矩形波を使用するので、極性の変化時に顕
像剤に対して非常に広い周波数範囲が与えられ顕像剤の
付着力が弱まってより清掃効果が得られる。

【００９４】請求項３の構成によれば、以上のように、
正帯電顕像剤や、逆帯電顕像剤が最も良好に除去可能と
なって最も効果的な清掃を行うことができる。

【００９５】請求項４の構成によれば、以上のように使
用する顕像剤の特性によって印加する清掃電位をかえる
ので、最も効果的な清掃が可能となる。

【００９６】請求項５の構成によれば、以上のように単
一の清掃電界によって全ての制御電極が清掃可能なよう
に、制御電極や、対向電極や使用する顕像剤の特性を調
整するので、各制御電極の清掃に対して複数の電源が不
要となって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。

【００９７】請求項６の構成によれば、以上のように制
御電極から対向電極に移動した顕像剤を清掃することが
可能であるので、対向電極の表面に付着した顕像剤によ
って用紙の裏面が汚れることがなく良好な画像形成装置
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の実施形態による印字部
を有するプリンタを示す断面図である。

【図２】本発明の画像形成装置の実施形態における要部
を示す概略断面図である。

【図３】本発明の画像形成装置の実施形態の制御電極を
示す平面図である。

【図４】本発明の画像形成装置の実施形態の印字動作を
説明するフローチャートである。

【図５】本発明の画像形成装置の実施形態の対向電極に
付与する清掃電位の一例を示す説明図である。

【図６】本発明の画像形成装置の実施形態における清掃
電界による顕像剤の挙動１を示す説明図である。

【図７】本発明の画像形成装置の実施形態における清掃
電界による顕像剤の挙動２を示す説明図である。

【図８】本発明の画像形成装置の実施形態における清掃
電界による顕像剤の挙動３を示す説明図である。

【図９】本発明の画像形成装置の実施形態における清掃
電界による顕像剤の挙動４を示す説明図である。

【図１０】本発明の画像形成装置の実施形態における清
掃電界による顕像剤の挙動５を示す説明図である。

【図１１】本発明の画像形成装置の実施形態における清
掃電界による顕像剤の挙動６を示す説明図である。

【図１２】本発明の画像形成装置の実施形態における清
掃電界による顕像剤の挙動７を示す説明図である。

【図１３】本発明の画像形成装置の実施形態における清
掃電界による顕像剤の挙動８を示す説明図である。

【図１４】本発明の画像形成装置の実施形態における顕
像剤の付着力を示す説明図である。

【図１５】本発明の画像形成装置の実施形態における対
向電極の清掃方法を示す説明図である。

【図１６】本発明の画像形成装置の他の実施形態を示す
断面図である。

【図１７】本発明の画像形成装置を他の実施形態の制御
電極を示す平面図である。

【図１８】本発明の画像形成装置を用いたカラー画像形
成装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１画像形成部２トナー供給部３印刷部５用紙１１定着部２０トナー収容槽２１トナー２２トナー担持体２４誘電体ベルト２５対向電極２６制御電極２７リング状電極２８ゲート３１制御電源部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤田浩一大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】顕像剤を担持する担持体を有する供給手
段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高
電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板
と、該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複
数個のゲートと、該ゲートの周囲に設けられた１個以上
の電極群とからなる制御電極と、該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路
からなる制御手段と、上記制御電極を所定の位置に保持する保持手段とを有
し、上記制御手段によって電極群の対応する電極に所定の電
位を印加することにより、顕像剤の上記ゲートの通過を
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、上記制御電極の対向電極側表面に付着した上記顕像剤の
付着力Ｆｃが顕像剤が上記対向電極に付着した場合の対
向電極への付着力Ｆｂより小さくなるように制御電極の
対向電極側に誘電体層を形成するとともに、上記対向電極と上記制御電極の間で電界方向が変化し得
る振動成分を有する清掃電界であって、清掃電界から上
記制御電極に付着した顕像剤が受ける電気力ＦＥを顕像
剤の付着力Ｆｃより大きく対向電極への付着力Ｆｂより
小さくなるように清掃電界を付与して制御電極に付着し
た上記顕像剤を除去することを特徴とする画像形成装
置。
【請求項２】上記清掃電界を付与させる電位が矩形波
であ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】上記清掃電界が直流成分が振動成分に対
して非常に小さいまたは直流成分を有していないことを
特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項４】上記制御電極が複数個配置され、個々の
制御電極に対して顕像剤の特性に応じて印加する清掃電
位を変え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５】複数個の制御電極が配置され、夫々の制
御電極に対して単一の清掃電界を形成し、該制御電極に
付着した顕像剤の除去が可能なよう各制御電極または顕
像剤の調整を行うことを特徴とする請求項１記載の画像
形成装置。
【請求項６】上記対向電極の表面に付着した顕像剤を
当該表面から除去する清掃手段を設けたことを特徴とす
る請求項１記載の画像形成装置。