JP2000000993A

JP2000000993A - 画像形成装置及び画像形成装置に用いる顕像剤

Info

Publication number: JP2000000993A
Application number: JP10171184A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Nakano; 暢彦中野; Masaharu Kimura; 正治木村; Atsushi Ueda; 篤上田; Yukito Nishio; 幸人西尾
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-06-18
Filing date: 1998-06-18
Publication date: 2000-01-07

Abstract

(57)【要約】【課題】高品位の印字を高い信頼性をもって行うこと
ができる画像形成装置及び画像形成装置に用いる顕像剤
を提供する。【解決手段】直接記録方式の画像形成装置に用いるト
ナー等の顕像剤の体積抵抗、及びトナー制御手段のゲー
トへの所定電圧の印加時間を最適化することにより信頼
性の高い画像形成が可能となる。顕像剤としては、体積
抵抗Ｒが１×１０¹⁰Ωｃｍ以上のものを用い、かつゲー
トへの電圧印加時間を５０〜３００μｓの範囲とする。
記録媒体の条件と、対向電極の配設位置とを変えたとき
の印加時間と得られるドット径の関係を図示する。また
記録媒体へシリコーンオイルを塗布することにより良好
な画像を得ることができる。また顕像剤の体積抵抗を制
御するために種々の配合剤の仕様が決定される。例えば
クロム等の金属を含む帯電制御剤を、１ないし４重量部
の範囲で含有させることが好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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（現像剤）により記
録媒体上に画像を形成する画像形成方法及び画像形成に
用いる顕像剤に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置としては、画像情報
を光に変換し、この光を予め均一帯電された感光体上に
照射して静電潜像を形成し、トナー担持体に保持された
トナーに接触させるか、あるいは、トナーを非接触に飛
翔させて現像を行い、記録媒体に転写・定着する所謂電
子写真方式が広く用いられてきた。しかしこの方式は、
基本的に放電現象を用いることによるオゾンの発生等環
境への負荷が無視できないことや、プ口セスが複雑であ
り装置が大型化すること、またコンピュータ等による急
速なディジタル化が進んだこと等から、近年はインクや
トナーを直接飛翔させて画像を形成する直接記録方式の
画像形成装置が望まれている。直接記録方式の画像形成
装置では、電子写真方式と同等の高品位の印字が実現で
き、さらに、光学系や感光体等が不要となることよる小
型化が可能であり、コストの低減も図れるという特徴を
有している。

【０００３】トナーによる直接記録方式の画像形成装置
については、例えば特開平６−２２７０２１号公報や特
開平４−４４０６２号公報，特開昭５９−２１８８７３
号公報，米国特許第４,９４９,１０３号明細書，特開平
９−１１４１３７号公報等に開示されている。これらに
よる画像形成装置は、画像信号により制御される顕像剤
制御手段を有し、これにより顕像剤を記録媒体へ記録す
るものである。特開平６−２２７０１号公報では、顕像
剤通過に伴う顕像剤制御手段への顕像剤付着やひいては
目詰まりに至る問題解決として、一旦顕像剤制御手段に
付着した顕像剤を顕像剤担持体や対向電極へ付着させる
目的で、１画素形成のための顕像剤制御手段への電圧印
加時間を１画素形成に許される最大時間よりも短くする
ことや、顕像剤制御手段へ印加する電圧の波形を複数個
にする技術が提案されている。

【０００４】特開平４−４４０６２号公報に開示された
ものは、ディジタル処理のために１画素毎に濃度階調や
面積階調をつけるために、１画素形成のための顕像剤制
御手段等への電圧印加時間や電圧を変更する信号調整手
段を設けている。また特開昭５９−２１８８７３号公報
では、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を顕像剤担持
体に印加することによって、顕像剤通過に伴う顕像剤制
御手段への顕像剤付着やひいては目詰まりを抑制してい
る。更に、抵抗が環境によって変動する紙などを記録媒
体として用いた場合、記録媒体上に形成された画像を電
気的に保持するために、顕像剤の体積抵抗が１０¹⁰Ωｃ
ｍ以上であることが望ましいとしている。米国特許第
４,９４９,１０３号明細書では、画像を形成する顕像剤
を一旦接着材料を有する中間媒体に記録させた後、最終
記録媒体へ付着させている。

【０００５】また特開平９−１１４１３７号公報では、
直接記録に用いるトナーに含まれる帯電制御剤添加量を
最適化することによって、顕像剤制御手段による駆動電
圧を低減し、十分なコントラストを有する画像を形成で
きるトナーを提案している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術による画像形成装置や画像形成装置に用いる顕
像剤においては下記に示す問題点を有していた。特開平
６−２２７０２１号公報によれば、図９に示されている
ように、１画素形成のための顕像剤制御手段１０３への
電圧印加時間（１ｍｓｅｃ）の間で、顕像剤が顕像剤担
持体１１１から記録媒体Ｐへ飛翔し、次の信号までの間
（０.７ｍｓｅｃ）で顕像剤制御手段１０３に付着した
顕像剤が記録媒体Ｐへ移行することが示されている。１
画素形成のための顕像剤制御手段１０３への電圧印加時
間が１ｍｓｅｃという長い時間では、画素形成に必要な
顕像剤以上に顕像剤制御手段１０３に付着する顕像剤が
増加する恐れがあり、これにより目詰まりが起こりやす
くなる等の問題を残している。

【０００７】特開平４−４４０６２号公報では、図１０
に示されているように、顕像剤制御手段２３３への電圧
印加時間や電圧を変更する信号調整手段を設けることに
より、１画素毎の濃度階調や面積階調の表現を行うこと
ができることが述べられているが、基本となる電圧に対
する大小関係だけが示されているだけで、その度合い
や、画像としての効果には全く触れられてなく、さらに
電圧印加時間に至っては具体的な数値すら提示されてい
ない。電圧印加時間や電圧が過小、もしくは過大に設定
されれば、画像形成ができなかったり、顕像剤制御手段
２３３への顕像剤付着による目詰まりを引き起こしかね
ない。

【０００８】特開昭５９−２１８８７３号公報では、図
１１ないし図１３において、記録媒体３２１上に形成さ
れた画像を電気的に保持するための顕像剤３２２の体積
抵抗について示されているが、この範囲外でも画像を電
気的に保持することもでき、更に、記録媒体３２１上の
画像が乱れる最大の原因は、顕像剤３２２が記録媒体３
２１上に到達したときのバウンスであり、良好な画質を
目指す場合にはこの問題を解決することが最優先とな
る。また顕像剤３２２の体積抵抗は、顕像剤３２２の帯
電量や顕像剤担持体（トナー担持体電極）３１５への付
着・搬送といった機能にも起因するものであり、記録媒
体３２１上に形成された画像を電気的に保持することに
より体積抵抗を定めることは最善の策とはいいがたい。

【０００９】米国特許第４,９４９,１０３号明細書で
は、先に述べた顕像剤の記録媒体到達時のバウンスに対
して、接着材料を有する中間媒体を用いて、画像劣化を
抑制している。しかしながら、直接記録方式において
は、中間媒体を用いることは装置の大型化やコストアッ
プにつながり、また再度最終記録媒体への顕像剤の移行
が必要となるため、この際の画質劣化が懸念される。

【００１０】特開平９−１１４１３７号公報によれば、
帯電制御剤量を４〜８重量部にする事で十分なコントラ
ストが得られ、この範囲以下であると濃度が不足し、こ
の範囲以上であるとカブリが増加するとしている。しか
しながら、これらの特性が帯電制御剤の量に依存する事
を述べているにすぎず、直接記録による画像形成装置に
おける物理的要因についてはなんら開示されていない。
さらに帯電制御剤も１種類の材料のみであり、帯電制御
剤以外のものについては詳細な検討がなされておらず、
通常用いられる流動化剤などの外添剤については全く記
載がない。また、一般に帯電制御剤はこれ以外の材料に
比べ１０倍程度コストが高く、多量に添加することはト
ナーとしてのコスト高になることは言うまでもない。

【００１１】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、高品位の印字を高い信頼性をもって行うこ
とができる画像形成装置及び画像形成装置に用いる顕像
剤を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、顕像
剤と、所定の極性に帯電した該顕像剤を担持する顕像剤
担持体と、該顕像剤担持体と所定の間隙で配置され、前
記顕像剤担持体上から飛翔する前記顕像剤の通過が可能
なゲートと該ゲートの通過を制御する電圧印加が可能な
制御電極を含む制御手段と、該制御手段を間に前記顕像
剤担持体側とは反対側に該制御手段に対向して配置され
る電圧印加が可能な対向電極とを備え、画像情報に応じ
て前記制御電極に所定の電圧を所定時間印加し選択的に
前記ゲートにおける顕像剤の通過を制御することによ
り、前記制御手段と前記対向電極間に搬送される記録媒
体上に画像情報に応じた顕像剤像を形成する画像形成装
置において、前記顕像剤として体積抵抗Ｒが１×１０¹⁰
Ωｃｍ以上の顕像剤を用い、かつ前記ゲートにおける顕
像剤の通過を制御する電圧の印加時間ｔを５０〜３００
μｓの範囲とすることを特徴としたものである。

【００１３】請求項２の発明は、請求項１記載の画像形
成装置において、請求項１記載の画像形成装置におい
て、径Ｄ（μｍ）の単一画素を得るために前記ゲートに
おける顕像剤の通過を制御する電圧の印加時間ｔ（μ
ｓ）を次式（８０−１００ｅｘｐ（−０.０１×ｔ））＜Ｄ＜（２
１０−３００ｅｘｐ（−０.０２×ｔ））を満足する範囲内で設定することを特徴としたものであ
る。

【００１４】請求項３の発明は、請求項１記載の画像形
成装置において、径Ｄ（μｍ）の単一画素を得るため
に、前記ゲートにおける顕像剤の通過を制御する電圧の
印加を同一画素を形成する前記ゲートに対して５回以下
の複数回与えることを特徴としたものである。

【００１５】請求項４の発明は、請求項３記載の画像形
成装置において、請求項３記載の画像形成装置におい
て、径Ｄ（μｍ）の単一画素を得るために、前記ゲート
における顕像剤の通過を制御する電圧の１回の印加にて
形成された単一画素径をＤ１（μｍ）とした場合、次式１.７＜（Ｄ／Ｄ１＋２.３×ｅｘｐ（−０.９×ｎ））
＜２.１を満足する範囲内で電圧印加回数ｎを設定することを特
徴としたものである。

【００１６】請求項５の発明は、請求項１ないし４いず
れか１記載の画像形成装置において、前記顕像剤として
母体粒子に対して５〜１５重量部の範囲でカーボンブラ
ックが内添されている顕像剤を用いることを特徴とした
ものである。

【００１７】請求項６の発明は、請求項１ないし５いず
れか１記載の画像形成装置において、前記顕像剤とし
て、該顕像剤の母体粒子を形成する材料にスチレン・ア
クリル系樹脂を用い、該母体粒子にカーボンブラックを
外添し、体積抵抗Ｒを１×１０¹¹Ωｃｍ以上とした顕像
剤を用いることを特徴としたものである。

【００１８】請求項７の発明は、請求項１ないし６いず
れか１記載の画像形成装置において、記録媒体に顕像剤
による画像を形成する前に、定着時における離型作用を
付与するためにシリコーンオイルを記録媒体上に塗布す
る手段を備えることを特徴としたものである。

【００１９】請求項８の発明は、請求項７記載の画像形
成装置において、前記シリコーンオイルとして、ジメチ
ルシリコン，フェニルシリコン，フロロシリコンのう
ち、少なくとも一つよりなるシリコーンオイルを用い、
前記顕像剤により記録媒体に画像を形成する直前に設け
られた塗布部材、または画像形成部に向って記録媒体を
送り出すレジストローラにより接触式で該シリコーンオ
イルを塗布すること特徴としたものである。

【００２０】請求項９の発明は、所定の極性に帯電した
顕像剤を担持する顕像剤担持体と、該顕像剤担持体に対
向して配置され画像情報に応じた電位が保持可能な対向
電極とを備え、前記顕像剤担持体上の顕像剤に前記対向
電極による電位を作用させることにより前記顕像剤担持
体と前記対向電極間に搬送される記録媒体上に画像情報
に応じた顕像剤像を形成する画像形成装置に用いる顕像
剤において、帯電制御剤を１ないし４重量部の範囲で含
むことを特徴としたものである。

【００２１】請求項１０の発明は、所定の極性に帯電し
た顕像剤を担持する顕像剤担持体と、該顕像剤担持体と
所定の間隙で配置され、前記顕像剤担持体上から飛翔す
る顕像剤の通過が可能なゲートと該ゲートの通過を制御
する電圧印加が可能な制御電極を含む制御手段と、該制
御手段を間に前記顕像剤担持体側とは反対側に該制御手
段に対向して配置される電圧印加が可能な対向電極とを
備え、画像情報に応じて前記制御電極に所定の電圧を所
定時間印加し選択的に前記ゲートにおける顕像剤の通過
を制御することにより、前記制御手段と前記対向電極間
に搬送される記録媒体上に画像情報に応じた顕像剤像を
形成する画像形成装置に用いる顕像剤において、帯電制
御剤を１ないし４重量部の範囲で含むことを特徴とした
ものである。

【００２２】請求項１１の発明は、請求項９または１０
記載の顕像剤において、前記帯電制御剤が金属を含むこ
とを特徴としたものである。

【００２３】請求項１２の発明は、請求項１１記載の顕
像剤において、前記帯電制御剤が含む金属としてクロム
を用いることを特徴としたものである。

【００２４】請求項１３の発明は、請求項９ないし１２
いずれか１記載の顕像剤において、カーボンブラックを
５〜１５重量部の範囲で含むことを特徴としたものであ
る。

【００２５】請求項１４の発明は、請求項９ないし１３
いずれか１記載の顕像剤において、該顕像剤の母体粒子
の表面に外添剤としてシリカを０.７５重量部以上添加
することを特徴としたものである。

【００２６】請求項１５の発明は、請求項９ないし１４
いずれか１記載の顕像剤において、軟化温度が１３０度
以下であることを特徴としたものである。

【００２７】請求項１６の発明は、請求項９ないし１５
いずれか１記載の顕像剤において、該顕像剤の母体粒子
を形成するためのバインダ樹脂としてポリエステル樹脂
を用いたことを特徴としたものである。

【００２８】請求項１７の発明は、請求項９ないし１５
いずれか１記載の顕像剤において、該顕像剤の母体粒子
を形成するためのバインダ樹脂としてスチレン・アクリ
ル樹脂を用い、該母体粒子に対してカーボンブラックを
外添剤として外添することを特徴としたものである。

【００２９】請求項１８の発明は、請求項１７記載の顕
像剤において、前記外添剤として外添するカーボンブラ
ックの添加量を０.５重量部未満とすることを特徴とし
たものである。

【００３０】請求項１９の発明は、請求項１７または１
８記載の顕像剤において、カーボンブラックを外添した
前記母体粒子を加熱することにより、前記カーボンブラ
ックを前記母体粒子に固着することを特徴としたもので
ある。

【００３１】請求項２０の発明は、請求項１９記載の顕
像剤において、外添した前記カーボンブラックを加熱に
より前記母体粒子に固着した後に、さらに流動化剤とし
てシリカ，チタニア，及びアルミナのうち少なくとも一
つを外添することを特徴としたものである。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明に関わる顕像剤であるトナ
ーを用いた直接記録型画像形成装置の構成を図１ないし
図６に基づいて説明する、尚、以下の説明においては、
負帯電のトナーに対する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
各部材の印加電圧の極性を設定すればよい。

【００３３】図１は直接記録型画像形成装置の概略図
で、図２は記録媒体搬送部及び印字部の概略図である。
装置本体の側部には、記録媒体供給部４が設けられてい
る。記録媒体供給部４は、記録媒体Ｐを収容する記録媒
体収容部４０、この記録媒体収容部４０から記録媒体Ｐ
を送り出すピックアップローラ４１、及び供給された記
録媒体Ｐを印字のタイミングにあわせて搬送する一対の
レジストローラ４２からなり、記録媒体供給部４より供
給された記録媒体Ｐは、記録媒体ガイド板４３と記録媒
体押さえ板４４を介して印字部１に案内される。尚、記
録媒体供給部４は、記録媒体Ｐが供給されたことを検出
する記録媒体感知センサ（図示せず）を備えており、ま
た、上記のピックアップローラ４１およびレジストロー
ラ４２はコントローラー部７からの駆動信号により、図
示しない駆動装置によって回転駆動され、記録媒体Ｐを
４０ｍｍ／ｓの速度で搬送する。

【００３４】印字部１の記録媒体Ｐの搬送方向下流側に
は、印字部１にて記録媒体Ｐ上に形成されたトナー像を
加熱及び加圧することにより記録媒体Ｐに定着させる定
着部６が設けられている。定着部６は、ヒータ６１を内
包したヒートローラ６２、圧力ローラ６３、及び温度セ
ンサ６４から構成される。ヒートローラ６２は、厚さ２
ｍｍのアルミニウム管からなり、ヒータ６１としてはハ
ロゲンランプ等が用いられ、また圧力ローラ６３として
はシリコーン樹脂が用いられる。そして、互いに対向配
置された上記ヒートローラ６２および圧力ローラ６３に
は記録媒体Ｐ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２
ｋｇの荷重が加えられている。

【００３５】温度センサ６４は、ヒートローラ６２の表
面温度を測定するものであり、測定値はコントローラ部
７の図示しない温度制御部に入力される。温度制御部で
は、検知結果に基づきヒータ６１のオン／オフ等を制御
し、ヒートローラ６２の表面温度を１６０℃に保持す
る。また、定着部６は記録媒体Ｐ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。尚、ヒー
タ６１，ヒートローラ６２、及び圧力ローラ６３等の材
質およびヒートローラ６２の表面温度は、トナーの材質
等の物性や紙送り速度等によって適宜決定される。さら
に、定着部６は記録媒体Ｐを加熱のみ、もしくは加圧の
みの作用によりトナー像を定着させる構成としてもかま
わない。

【００３６】また、図示しないが、定着部６からの記録
媒体Ｐの排出側には、定着部６で処理された記録媒体Ｐ
を機外に排出する排出ローラ、及び排出された記録媒体
Ｐを受ける排出トレイが設けられている。上記のヒート
ローラ６２，圧力ローラ６３、及び排出ローラは、図示
しない駆動装置によって回転駆動される。印字部１は、
トナーを所定の極性及び値に帯電させ所定量のトナー供
給を行うトナー帯電器３、前記トナー帯電器３により供
給されたトナーＴの飛翔制御を行う飛翔制御部２、及び
飛翔制御部２を介してトナー帯電器３と対向配置された
対向電極１１より構成されており、鉛直方向下部より、
トナー帯電器３，飛翔制御部２，対向電極１１の順に配
置されている。即ち、本実施例では下部から上方に顕像
剤を飛翔させる方式を採用している。以下、各々につい
て説明する。

【００３７】図３はトナー帯電器３の構成例を示したも
のある。トナー帯電器３は、トナー担持体３１及びこの
トナー担持体３１に対して接触して設けられる供給ロー
ラ３３等を収容するトナー担持体収容槽３６と、攪拌ロ
ーラ３７及びトナーＴを収容するトナー収容槽３９より
なり、これらはパーティション３８を介して水平方向に
隣接して配置されている。

【００３８】トナー収容槽３９内に設けられた攪拌ロー
ラ３７は、トナーＴを攪拌してトナー収容槽３９内のト
ナーＴの片寄りを防ぎ、パーティション３８からトナー
担持体３１側ヘトナーＴを供給するものであり、図示さ
れない駆動手段により矢印方向に適宜攪拌される。トナ
ー担持体収容槽３６は、トナーＴを担持搬送する円筒状
のトナー担持体３１、トナー担持体３１にトナーを供給
する供給ローラ３３、トナー担持体３１に圧接しトナー
Ｔに所定の電荷を付与するとともにトナー担持体３１の
外周面に担持されるトナー層の厚さを規制する規制部材
（ブレード）３２、及びトナー担持体３１に接触配置さ
れた可撓性シール部材３４からなっている。またトナー
担持体３１，供給ローラ３３、及びブレード３２の部材
により囲まれる空間は小室３５を形成し、ブレード３２
に対し適度な粉体圧を与えるように構成されている。

【００３９】トナー担持体３１の表面には最大で例えば
数μｍ〜１０数μｍの凹凸が形成されており、トナーＴ
はブレード３２によりトナー担持体３１の凹凸面に圧接
され、摩擦帯電により所定の電荷が付与されるとともに
層厚規制され、所定量のトナーＴが印字領域に搬送され
る。トナー担持体３１としては、寸法精度の観点から、
アルミニウム等の金属材料やこれらにコーティングを施
したもの等が好適に用いられ、この他にウレタンゴム，
シリコーンゴム，ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンターポ
リマー）等のゴム材料及びこれらゴム材料にカーボンブ
ラック・イオン等の導電剤を添加したもの等でもかまわ
ない。

【００４０】トナー担持体３１は、図示しない駆動装置
によって図中矢印方向に駆動され、例えば、速度６０ｍ
ｍ／ｓで回転する。尚、トナー担持体３１の形状及び回
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３１は、トナーＴの飛翔性を制御する上で必要に応
じ接地もしくは所定の電圧印加手段に接続される。

【００４１】ブレード取付台３０に取り付けられている
自由長５ｍｍのブレード３２は、ウレタンゴム，シリコ
ーンゴム，ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンターポリマ
ー）等のゴム材料及びこれらゴム材料にカーボンブラッ
ク・イオン等の導電剤を添加した弾性タイプのほか、Ｓ
ＵＳ（ステンレス），リン青銅，もしくはニッケルコー
トした鉄等の剛性タイプを用いても構わない。また剛性
タイプを用いた場合、トナー担持体３１との接触部分で
あるところのブレード３２先端付近に弾性材料を備えて
もかまわない。またブレード取付台３０とトナー担持体
３１の最近接距離は基本的には２.７ｍｍとしている。
このほか、図３ではブレード３２はブレード取付台３０
の固定端から自由端がトナー担持体３１の回転方向の下
流側に伸びているが、この逆の取り付け方式でも使用で
きる。但しこの場合の各部材の位置や構成は随時変更す
る必要がある。

【００４２】供給ローラ３３は材質として発砲性を有す
る導電性軟質ポリウレタンフォームを用いる。また、供
給ローラ３３は、トナー担持体３１とニップ幅約５ｍｍ
で接触しつつ、トナー担持体３１と連動し図中矢印方向
に、トナー担持体３１の周速に対して０.８〜１.２５倍
の速度で駆動される。尚、供給ローラ３３はトナー担持
体３１に対し非接触としてもよく、この場合の材質とし
てはＳＵＳ，アルミニウム等の金属やポリアセタール等
の樹脂材料でも良い。また、トナーＴとしては、スチレ
ンアクリル、ポリエステル等の主樹脂よりなる母体粒子
に、着色剤、帯電制御剤、離型剤を含有した非磁性トナ
ー、あるいは、さらに磁性粉が添加された磁性トナーが
用いられる。このような母体粒子に対して、シリカ，チ
タニア，アルミナ等の外添剤や、カーボンブラック等の
低抵抗物質や、樹脂微粒子等の外添剤を添加しても良
い。トナーＴについては後の個々の実施例や比較例にて
詳細に述べる。

【００４３】トナー担持体３１の凹凸（表面粗さ）、ブ
レード３２の線圧、これら部材の材料、及びトナー自体
は、必要とされるトナーの帯電性及び搬送性に応じて適
宜決定すればよい。飛翔制御部２は、トナー担持体３１
の外周部に配置され、トナー担持体３１にて搬送される
トナーＴの飛翔制御を行うものである。図４ないし図６
に一例を示す。図４は飛翔制御部２の要部平画概略図
で、図５は飛翔制御部２を部分断面で示す図で、図６は
トナー担持体３１及び対向電極１１を含めた印字部１の
構成及び動作を説明するための図である。

【００４４】飛翔制御部２は、リング状の制御電極２３
を有しており、画像情報に応じた電圧をある時間印加す
ることによって制御電極２３内に開口されたゲート２２
を電気的に開閉し、トナー担持体３１から対向電極１１
へのトナーＴの通過が選択的に制御される。

【００４５】次に飛翔制御部２の構成について説明す
る。飛翔制御部２は、絶縁層２５を介して制御電極２３
とレンズ電極２６を配し、さらにカバーレイヤー２７を
設けた構成となっている。絶縁層２５及びカバーレイヤ
ー２７は、例えばポリイミド樹脂からなり、厚さ２５μ
ｍに形成されている。制御電極２３は、例えば厚さ１８
μｍの銅箔からなり、所定の配列に従って配置されてい
る。レンズ電極２６も制御電極２３と同様１８μｍの銅
箔よりなり、制御電極２３に対し全面均一配置、あるい
は、各行（図４に示すＬ方向）ごとに分割配置しても良
い。

【００４６】制御電極２３及びレンズ電極２６の電極径
は、例えばそれぞれ２３０μｍ，２８０μｍに形成され
る。制御電極２３，絶縁層２５，レンズ電極２６、及び
各電極上に設けられたカバーレイヤー２７には、これら
を貫通してゲート（開口部）２２が形成されており、ト
ナー担持体３１から対向電極１１へ飛翔するトナーＴの
通過部を成している。各ゲート２２は、その中心が制御
電極２３、及びレンズ電極２６の中心と一致するように
構成され、ゲート２２の開口径は例えば１６０μｍに形
成される。上記に示した各電極、及びゲー卜２２の開口
径や、絶縁層及び電極の材質もしくは厚さ等は、特に限
定されるものではない。尚、レンズ電極２６は、トナー
流の収束、及び電界に対するシールド効果等を目的とし
て配したものであり、必要に応じて設ければよい。ま
た、飛翔制御部２として、制御電極２３上にカバーレイ
ヤー２７を介してシールド電極を設けた構成としてもか
まわない。

【００４７】上記の制御電極２３は、給電線２４を介し
て制御電極電圧印加手段７２に接続されている。制御電
極２３上には上記したようにカバーレイヤー２７が形成
されており、制御電極２３間の絶縁性と、上記トナー担
持体３１及び対向電極１１と制御電極２３との絶縁性と
が確保されている。制御電極２３には、上記制御電極電
圧印加手段７２により画像情報に応じてパルス形状の電
圧が印加される。トナー担持体３１に担持されたトナー
Ｔを対向電極１１方向に飛翔させる場合には、制御電極
２３に例えば＋２７５Ｖを２５６μｓ印加（以後オン電
圧と記す）し、一方トナーＴの飛翔を阻止する場合には
０Ｖを印加（以後オフ電圧と記す）する。

【００４８】上記構成よりなる飛翔制御部２は、制御電
極２３側がトナー担持体３１と相対するように電極取付
台２１に固定保持され、対向電極１１と平行をなすよう
に配置される。対向電極１１は、トナー担持体３１の外
周面からの距離が例えば０.８ｍｍとなるように設定さ
れ、また、対向電極１１には、対向電極電圧印加手段７
１により、印字動作時において例えば１.５ｋＶの電圧
が印加される。

【００４９】対向電極１１とトナー担持体３１間の電界
としては、（１）トナー担持体３１から飛翔したトナーＴが飛翔制
御部２に付着し目詰まりを生じさせない。（２）飛翔制御部２を通過したトナーＴの軌道が拡がら
ない。（３）記録媒体Ｐ上に付着したトナーＴの飛散を抑制す
る。（４）上記（１）〜（３）を満たしつつ、記録媒体Ｐ上
へのトナーＴ着弾時の運動エネルギーを低減する。ことが要求される。

【００５０】一方、トナー担持体３１の外周面と制御電
極２３との間の距離は、例えば１００μｍとなるように
設定されている。このような条件下において、上述した
ように制御電極電圧印加手段７２により画像情報に応じ
た電圧が制御電極２３に所定時間印加されると、トナー
担持体３１上のトナー層に作用する電界が変化し、トナ
ーＴの飛翔が制御される。尚、制御電極２３と対向電極
１１との距離、及び制御電極２３とトナー担持体３１と
の距離は、上記に示した数値に特に限定されるものでは
ない。

【００５１】コントローラ部７は、対向電極電圧印加手
段７１、及び制御電極電圧印加手段７２の他に、画像形
成装置全体を制御する主制御部、得られた面像データを
印字すべき画像データの形式に変換する画像処理部、変
換された該画像データを記憶する画像メモリ、及び画像
処理部から得られた画像データを飛翔制御部２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７ａ等
を備えている。

【００５２】次に、上述した構成よりなる直接記録型画
像形成装置の動作について説明する。先ず、図示されな
いホストコンピュータよりの画像信号がコントローラ部
７に送られると、コントローラ部７では、画像信号をプ
リント開始信号や記録媒体サイズ等の制御信号と画像情
報とに分離し、プリント開始信号によりピックアップロ
ーラ４１を回転させ、記録媒体収容部４０に収容されて
いる記録媒体Ｐをレジストローラ４２に当接するまで送
り出す。なおこの時、記録媒体収容部４０に設けられた
記録媒体収容の有無を検知する記録媒体検知センサ（図
示せず）により、記録媒体Ｐがあることが確認された上
でピックアップローラ４１の動作が開始する。

【００５３】次にレジストローラ４２が等速回転し、記
録媒体Ｐは記録媒体押さえ板４４で記録媒体ガイド板４
３に押しつけられながら一定速度で対向電極１１に搬送
される。そしてレジストローラ４２の回転動作の開始に
同期してコントローラ部７の画像形成制御ユニットにお
ける画像情報の処理が開始される。この時記録媒体Ｐは
レジストローラ４２に当接した状態から搬送されるた
め、画像形成制御ユニット内で計算された所定の位置よ
り印字が開始される。

【００５４】次に印字部１における動作について説明す
る。攪拌ローラ３７により片寄りなく均一に攪拌された
トナーＴは、トナー担持体収容槽３６に供給され、供給
ローラ３３によりトナー担持体３１に帯電して付着させ
られ、また小室３５にも送り込まれる。そしてトナーＴ
は、トナー担持体３１に圧接するブレード３２により摺
擦されて所定の極性（本実施例では負極性）に帯電し、
トナー担持体３１の回転により飛翔制御部２のゲート２
２に対向する位置に搬送される。

【００５５】ここで、制御電極２３にオン電圧（例えば
＋２７５Ｖ）が所定時間印加されると、トナー担持体３
１上のトナー層にはトナー担持体３１に対して凸となる
電位分布が形成され、トナー層内の電界強度やその時間
に応じてトナーＴがトナー担持体３１から飛翔してゲー
ト２２を通過し、対向電極１１上の記録媒体Ｐに付着す
る。印字部１を通過した記録媒体Ｐは開口部５１を通し
て吸引保持されて定着部６に搬送され、加熱・圧着によ
り記録媒体Ｐ上に安定した像が得られる。

【００５６】以下、請求項１ないし８の発明に係る実施
例、比較例について説明する。本発明に係る印字は前述
した画像形成装置を用いて行った。ポイントとなる評価
項目は以下のごとくとした。（１）画像を形成する最小単位である１画素（ドット）
の形成状態並びにその径（２）１画素（ドット）形成時のドット周辺へのトナー
Ｔの飛び散り状態（３）飛翔制御部２でのトナーＴの付着状態

【００５７】上記（１）に関して、例えば３００ｄｐｉ
の解像度が必要であれば、ドット径の最小径は黒ベタ印
字が可能な１２０μｍ、最大径は１ｂｙ１の印字でドッ
トが重ならない１７０μｍの範囲であることが望まし
い。但し、解像度や階調性等の観点から必ずしもこの径
にこだわる必要はない。上記（２）に関しては、トナー
Ｔが記録媒体Ｐ上に到達したときにその運動エネルギー
によりバウンスが生じ、ドット周辺へのトナーＴの飛び
散りが発生するため、このバウンスを低減する必要があ
る。

【００５８】上記（３）に関しては、飛翔制御部２にお
けるトナーＴの付着が進行すると、付着トナーによっ
て、印字時の記録媒体ＰへのトナーＴの飛翔軌道が偏向
し、記録媒体Ｐ上の本来到達する場所からズレるという
問題が生じる。その顕著な例として、直線を印字した場
合の直線性が失われることで、このズレが分かる。さら
に最悪の場合、飛翔制御部２にて目詰まりを起こして印
字不能となる。

【００５９】本発明で前記評価ポイントとなる３項目を
改善するために、トナーＴや制御電極２３のオン電圧
（２７５Ｖ）印加時間ｔ，記録媒体Ｐ、及び記録媒体Ｐ
に関係する対向電極１１において鋭意検討を重ねた。こ
れらの取り扱いについては、後述する実施例や比較例に
て詳細を示す。

【００６０】（実施例１）トナーＴは、スチレン・アク
リル系樹脂１００重量部、クロム鎖体からなる帯電制御
剤１重量部、カーボンブラック５重量部，ポリプロピレ
ンワックス１重量部、及びポリエチレンワックス１重量
部を溶融混練して冷却固化した後、体積平均粒子径が１
１μｍになるように調整し、調整された母体粒子１００
重量部に対して、外添剤として低抵抗物質であるカーボ
ンブラックを０.１重量部添加した後、熱処理を行って
これを母体粒子の表面に固着させ、さらにそのうえから
シリカを１重量部添加したものであり、このトナーＴの
体積抵抗は、２.８×１０¹¹Ωｃｍであった。

【００６１】このトナーＴを使用し、前述の画像形成装
置を用い、対向電極１１のトナー担持体３１の外周面か
らの距離を０.８ｍｍ、対向電極１１への印加電圧を１.
５ｋｖとし、制御電極２３のオン電圧（２７５Ｖ）での
印加時間ｔを変化させて記録媒体Ｐとして用いた普通紙
上に画素並びに直線印字等の各種評価を行った。この結
果は次の通りであった。

【００６２】（１）１ドット形成においては、印加時間
ｔが３５μｓの場合、記録媒体Ｐへの到達トナー量が過
小であり、十分な１ドット形成に至らなかった。そこで
印加時間ｔを５０μｓに伸ばすことによって比較的円形
に近い約７０μｍ径のドットを形成することができ、さ
らに印加時間ｔを１００μｓ，２５６μｓに伸ばすこと
によってドット径がそれぞれ１５０μｍ，１９６μｍと
拡大した。

【００６３】（２）これら形成されたドット周辺のトナ
ーＴの飛び散りは若干確認されたが、問題のないレベル
であった。（３）これら形成されたドットによる直線印字におい
て、飛翔制御部２におけるトナーＴの付着による直線の
歪み等の問題は確認されなかった。しかし印加時間ｔを
５００μｓまで伸ばすと、形成されたドット径が１１３
μｍに減少するだけでなく、飛翔制御部２におけるトナ
ーＴの付着による直線の歪みが発生した。

【００６４】（実施例２）実施例１にて、対向電極１１
のトナー担持体３１の外周面からの距離を０.５ｍｍと
し、また対向電極１１が及ぼす電界強度が実施例１と同
程度になるように、対向電極１１への印加電圧を０.９
ｋｖとしたときの評価結果は以下のごとくであった。（１）印加時間ｔを５０μｓ，１００μｓ，２５６μｓ
とした場合、ドット径はそれぞれ５２μｍ，１０３μ
ｍ，１３９μｍと時間ｔに相関し増加したが、実施例１
に比較して小径化方向であった。（２）これら形成されたドット周辺のトナーＴの飛び散
りは、実施例１よりは良好であったが、飛び散りの全く
ない完全なドットではなかった。

【００６５】（実施例３）実施例１にて、記録媒体Ｐと
して、ジメチルシリコーンからなるシリコーンオイルを
レジストローラ４２にて塗布した普通紙を用いたときの
評価結果は以下のごとくであった。（１）印加時間ｔを５０μｓ，１００μｓ，２５６μｓ
とした場合、ドット径はそれぞれ３５μｍ，６０μｍ，
８３μｍと時間ｔに相関して増加したが、実施例１，２
に比較して小径化方向であった。（２）これら形成されたドット周辺のトナーＴの飛び散
りは全く無く非常に良好であった。更に実施例１や実施
例２などに比べ、定着部６で定着された画像は光沢のあ
る画像になるばかりではなく、非オフセット温度幅が拡
大する結果を得た。

【００６６】上記、実施例１〜３における、印加時間ｔ
に対して得られたドット径の結果を図７に示す。任意の
ドット径を得る場合の印字時間条件は、記録媒体Ｐの種
類及び状態や、トナー担持体３１の外周面から対向電極
１１までの距離によっても変化するが、５０〜３００μ
ｓの印加時間内でかつ曲線Ｌ１及びＬ２で区切られる領
域内の条件であることが分かり、さらに記録媒体Ｐにジ
メチルシリコーン等のシリコーンオイルを塗布すること
により、飛び散りの無い非常に良好なドット形成が可能
になるだけでなく、定着性能も合わせて向上させること
が可能となる。またフルカラー定着における定着ローラ
へのオイル塗布やトナー中へのワックスの添加を廃止も
しくは低減することができ、機構の簡素化，小型化，低
コスト化、及び耐久性向上等の効果が期待できる。

【００６７】（実施例４）トナーＴとして、スチレン・
アクリル系樹脂を１００重量部，クロム鎖体からなる帯
電制御剤１重量部、カーボンブラック１４重量部，ポリ
プロピレンワックス１重量部、及びポリエチレンワック
ス１重量部を溶融混練し、冷却固化した後、体積平均粒
子径が１１μｍになるように母体粒子を調整し、調整し
た母体粒子１００重量部に対してシリカ１重量部を外添
剤として添加したもので、体積抵抗が１.５×１０¹⁰Ω
ｃｍのものを用いた。このトナーＴを使用し、実施例１
と同様の条件にて評価を行った結果は以下のごとくであ
った。（１）印加時間ｔによるドット径は、実施例１に比べ若
干小さい程度で、傾向は同様であった。（２）ドット周辺のトナーＴの飛び散りは若干確認され
るものの、実施例１の結果と同程度であった。（３）飛翔制御部２におけるトナーＴの付着も実施例１
と同程度であった。

【００６８】（実施例５）トナーＴとして、ポリエステ
ル系樹脂１００重量部、クロム鎖体からなる帯電制御剤
１重量部，カーボンブラック５重量部、及びポリプロピ
レンワックス１重量部を溶融混練し、冷却固化した後、
体積平均粒子径が１１μｍになるように母体粒子を調整
し、調整した母体粒子１００重量部に対してシリカ１重
量部を外添剤として添加したもので、体積抵抗が１.９
×１０¹¹Ωｃｍのものを用いた。このトナーＴを使用
し、実施例１同様の条件にて評価を行った結果は以下の
ごとくであった。（１）印加時間ｔによるドット径は、実施例１と同程度
であった。（２）ドット周辺のトナーＴの飛び散りは、実施例１と
同程度であった。（３）飛翔制御部２におけるトナーＴの付着は、実施例
１と同程度であった。

【００６９】（比較例１）実施例４の配合においてカー
ボンブラック添加量を１６重量部とし、体積抵抗が３.
０×１０⁹Ωｃｍであるトナーを使用し、実施例１と同
様の条件にて評価を行った。この結果は以下のごとくで
あった。（１）印加時間ｔによるドット径は、実施例１や３と同
程度の結果であった。（２）ドット周辺のトナーＴの飛び散りは、実施例１や
３と同程度の結果であった。（３）５０〜３００μｓの間でも飛翔制御部２における
トナーＴの付着による直線の歪みや、目詰まりによる印
字不能状態が頻発した。

【００７０】（比較例２）実施例１の配合において、ト
ナー母体粒子内のカーボンブラック添加量を４重量部と
し、体積抵抗が３.９×１０¹¹であるトナーＴを使用
し、実施例１同様の条件にて評価を行った。この結果は
以下のごとくであった。（１）印加時間ｔによるドット径は、実施例１と同程度
であった。（２）ドット周辺のトナーＴの飛び散りは、実施例１と
同程度であった。（３）飛翔制御部２におけるトナーＴの付着等は、実施
例１と同程度であった。しかしながら飽和濃度が不足し
ており、画像形成上のコントラストが不足してしまっ
た。

【００７１】上記、実施例１，４，５及び比較例１，２
より、トナーＴの母体粒子に対するカーボンブラックの
添加量の増加等によりトナーＴの体積抵抗が小さくなる
と、飛翔制御部２におけるトナーＴの付着による直線の
歪みや目詰まりの問題が発生してしまうことが明らかに
なった。

【００７２】（比較例３）実施例１で用いたトナーＴに
おいて、外添剤として用いたカーボンブラックを削除し
た場合、体積抵抗は２.５×１０¹¹Ωｃｍであった。こ
のトナーＴを使用し、実施例１同様の条件にて評価を行
った結果は以下のごとくであった。（１）印加時間ｔを長くすることにより、ドット径は増
加した。この時、実施例１に対して若干ドット径が大き
いがほぼ同程度であった。（２）これら形成されたドット周辺のトナーＴの飛び散
りは、実施例１に比較して悪化してしまった。（３）これら形成されたドットによる直線印字におい
て、飛翔制御部２におけるトナーＴの付着により生じる
直線の歪みは、実施例１に比較して同程度であった。

【００７３】（実施例６）実施例１で用いたトナーＴに
おいて、外添剤として用いたカーボンブラックを０.３
重量部に増量した場合、体積抵抗は１.１×１０¹¹Ωｃ
ｍであった。このトナーＴを使用し、実施例１同様の条
件にて評価を行った結果は以下のごとくであった。（１）印加時間ｔによるドット径は、実施例１と同程度
であった。（２）ドット周辺のトナーＴの飛び散りは、実施例１と
同程度であった。（３）これら形成されたドットによる直線印字におい
て、飛翔制御部２におけるトナーＴの付着による直線の
歪みは実施例１と同程度であった。

【００７４】（比較例４）実施例１で用いたトナーＴに
おいて、外添剤として用いたカーボンブラックを０.４
重量部に増量した場合、体積抵抗値は４.０×１０¹⁰Ω
ｃｍであった。このトナーを使用し、実施例１と同様の
条件にて評価を行ったところ、トナー担持体３１上への
トナーＴの搬送量が低下し、電界によるトナーＴ飛翔量
が低下したことから、（１）５０〜３００μｓの印加時
間ｔでは十分なドットが形成されず、（２）ドット周辺
のトナーＴの飛び散りや、（３）飛翔制御部２でのトナ
ーＴの付着に関しても評価できず、このトナーＴを用い
て画像を形成することができなかった。

【００７５】以上、実施例１，６及び比較例３，４か
ら、スチレン・アクリル樹脂を含む母体粒子に対してカ
ーボンブラックが添加され、体積抵抗が１.０×１０¹¹
Ωｃｍ以上のトナーＴであれば、良好な画質形成が可能
となる。

【００７６】（実施例７）記録媒体Ｐへのシリコーンオ
イル塗布の有無、及びトナー担持体３１の外周面からの
対向電極１１までの距離の条件を実施例１，２，３の３
条件とし、実施例１のトナーＴを使用して、制御電極２
３におけるオン電圧（２７５Ｖ）の印加時間ｔ（２５６
μｓ）にて、このオン電圧を複数回の与えて１ドット形
成を行った。この結果、実施例１の上記条件の場合、オ
ン電圧回数が１〜５回の時のドット径は、それぞれ１９
６μｍ，２９５μｍ，３３０μｍ，３５０μｍ，３６１
μｍとなった。また実施例２の上記条件の場合も同様
に、それぞれ１３９μｍ，２２１μｍ，２４５μｍ，２
６０μｍ，２６５μｍであった。さらに実施例３の上記
条件ではそれぞれ８３μｍ，１３３μｍ，１５０μｍ，
１５９μｍ，１６１μｍであった。

【００７７】上記３条件について、１回のオン電圧印加
によるドット径に対する複数回印加時のドット径の変化
率を図８に示す。図８より、複数回の電圧印加によって
ドット径がある比率関係で拡大することが分かった。ま
た各々の条件下において、さらに回数を増やしたとこ
ろ、ドット径の増大効果は殆どなくなり、逆に飛翔制御
部２におけるトナーＴの付着に伴う目詰まりが発生しや
すくなった。上記、実施例７から、複数回の電圧印加に
より、任意のドット径変化率を得る場合の電圧印加回数
条件ｎは、５回以内でかつ曲線Ｌ３及びＬ４で区切られ
る領域内の条件であることが分かる。

【００７８】次いで請求項９ないし２０の発明に係る実
施例，比較例について説明する。本発明に係る印字は前
述した画像形成装置を用いて行い、ポイントとなる評価
項目としては以下のごとくとする。（１）画像濃度を決定する最小単位である１画素（ドッ
ト）の濃度（２）飛翔制御部２におけるトナーＴの付着及び目詰ま
り（３）定着時の画像乱れ（４）その他の飛び散りや文字の鮮明な輪郭等の画質全
般や、画像装置としての耐久性能

【００７９】（１）に関して、必要なドット濃度は、マ
イクロウオッチャーで読み込み画像を解析した結果、
０.６以上好ましくは０.６５以上であることが望まれ
る。（２）に関しては、飛翔制御部２におけるトナーＴ
の付着が進むと、付着トナーにより印字時の記録媒体Ｐ
へのトナーＴの軌道が偏向し、記録媒体Ｐ上の本来到達
する場所からのズレが生じる。その顕著な例として、直
線を印字した場合の直線性が失われることで、このズレ
が分かる。更に最悪の場合、飛翔制御部２にて目詰まり
を起こして印字不能となる。（３）に関しては、定着強
度や非オフセット温度幅は言うまでもないが、さらに形
成された画像が定着部を通過した際、ささくれたり尾を
引いたりする問題が発生するか否かがポイントとなる。

【００８０】本発明で評価ポイントとなる上記３項目を
改善するために、トナーＴを構成する各種材料について
鋭意検討を重ねた。これらの取り扱いについては、次の
実施例や比較例にて詳細を示す。（実施例８）トナーＴとして、ポリエステル樹脂１００
重量部に対して、クロム鎖体からなる帯電制御剤１重量
部，カーボンブラック５重量部，ポリプロピレンワック
スを１重量部を混合，溶融混練し、冷却固化した後、体
積平均粒子径が１１μｍ（コールターカウンタによる測
定）になるように粉砕して分級し、この調整された母体
粒子１００重量部に対して、外添剤としてシリカを１重
量部添加したもので、軟化温度が１２４.５度のものを
用いた。尚、軟化温度の測定は島津製作所製フローテス
タＣＦＴ−５００型を用い、トナー量１.５ｇ、径１ｍ
ｍ長さ１ｍｍのオリフィス、２０ｋｇ／ｃｍ²の荷重、
６℃／ｍｉｎの昇温速度の条件で、プランジャー降下に
よるオリフィスからの流出開始温度と流出終了温度の中
間温度を軟化温度とした。

【００８１】このトナーＴを使用し、前述の画像形成装
置を用い、記録媒体Ｐとして普通紙上に画素並びに直線
等の各種印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.６
６と十分な値を確保しており、（２）これら形成された
ドットによる直線印字において、飛翔制御部２における
トナーＴの付着による直線の歪みは確認されず、（３）
定着による画像乱れもなく、良好な画像を得ることがで
きた。

【００８２】（実施例９）実施例８の配合にて、帯電制
御剤添加量を３重量部としたトナーを用いて各種印字を
行った結果、（１）ドット濃度は０.６８と十分な値を
確保しており、（２）直線印字において、飛翔制御部２
におけるトナーＴの付着による直線の歪みは確認され
ず、（３）定着による画像乱れもなく良好な画像を得る
ことができた。

【００８３】（実施例１０）実施例８の配合にて、帯電
制御剤添加量を４重量部としたトナーを用いて各種印字
を行った結果、（１）ドット濃度は０.６７と十分な値
を確保しており、（２）直線印字において、飛翔制御部
２におけるトナーＴの付着による直線の歪みは若干確認
されたが許容範囲内であり、（３）定着による画像乱れ
はなく、ほぼ満足できる画像を得ることができた。

【００８４】（比較例５）実施例８の配合にて、帯電制
御剤添加量を０.５重量部としたトナーを用いて各種印
字を行った結果、（３）定着による画像乱れは無いもの
の、（１）ドット濃度は０.５８と不足しており、
（２）直線印字において、飛翔制御部２におけるトナー
Ｔの付着による直線の歪みが発生するばかりではなく、
目詰まりが発生し印字不能箇所があった。

【００８５】（比較例６）実施例８の配合にて、帯電制
御剤添加量を５重量部としたトナーを用いて各種印字を
行った結果、（１）ドット濃度は０.６９で十分な値を
確保しており、（３）定着による画像乱れは無いもの
の、（２）直線印字において、飛翔制御部２におけるト
ナーＴの付着による直線の歪みが発生した。

【００８６】（比較例７）実施例８の配合にて、帯電制
御剤を非金属からなる種類のものとしたトナーを用いて
各種印字を行った結果、（３）定着による画像乱れは無
いものの、（１）ドット濃度は０.５４と不足してお
り、（２）直線印字においても、飛翔制御部２における
トナーＴの付着による直線の歪みや、一部目詰まりが発
生し、印字不能箇所も見られた。

【００８７】（実施例１１）実施例８の配合にて、カー
ボンブラック添加量を１０重量部としたトナーを用いて
各種印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.７０と
高く、（２）直線印字において、飛翔制御部２における
トナーＴの付着による直線の歪みも無く、（３）定着に
よる画像乱れもなく、良好な画像を得ることができた。

【００８８】（実施例１２）実施例８の配合にて、カー
ボンブラック添加量を１５重量部としたトナーを用いて
各種印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.７１と
高く、（２）直線印字において、飛翔制御部２における
トナーＴの付着による直線の歪みは若干確認されたが許
容範囲内であり、（３）定着による画像乱れは若干確認
されるが問題なく、ほぼ満足できる画像を得ることがで
きた。

【００８９】（比較例８）実施例８の配合にて、カーボ
ンブラック添加量を３重量部としたトナーを用いて各種
印字を行った結果、（２）直線印字において、飛翔制御
部２におけるトナーＴの付着による直線の歪みは無く、
（３）定着による画像乱れはないものの、（１）ドット
濃度は０.５５と低く、コントラストのある画像を得る
事ができなかった。

【００９０】（比較例９）実施例８の配合にて、カーボ
ンブラック添加量を１８重量部としたトナーを用いて各
種印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.７５と十
分高く、（２）直線印字において、飛翔制御部２におけ
るトナーＴの付着による直線の歪み及び目詰まりが発生
し、（３）定着による画像乱れが部分的に発生してしま
った。

【００９１】（実施例１３）実施例８の配合にて、シリ
カ添加量を０.７５重量部としたトナーを用いて各種印
字を行った結果、（１）ドット濃度は０.６４と十分な
値を確保しており、（２）直線印字において、飛翔制御
部２におけるトナーＴの付着による直線の歪みは無く、
（３）定着による画像乱れも無く、良好な画像が得られ
た。

【００９２】（実施例１４）実施例８の配合にて、シリ
カ添加量を２重量部としたトナーを用いて各種印字を行
った結果、（１）ドット濃度は０.６６と十分な値を確
保しており、（２）直線印字において、飛翔制御部２に
おけるトナーＴの付着による直線の歪みは無く、（３）
定着による画像乱れも無く、良好な画像が得られた。但
し、トナー帯電器のトナー担持体端部からの飛散が若干
発生し、機内汚染を招いた。

【００９３】（比較例１０）実施例８の配合にて、シリ
カ添加量を０.５重量部としたトナーを用いて各種印字
を行った結果、（２）直線印字において、飛翔制御部２
におけるトナーＴの付着による直線の歪みは無く、
（３）定着による画像乱れも無かったが、（１）ドット
濃度は０.５７と低く、良好な画像を得られなかった。

【００９４】（実施例１５）実施例８の配合にて、バイ
ンダ樹脂としてスチレンアクリル樹脂を用い、これにて
得られた顕像剤の母体粒子に対して、カーボンブラック
を０.２重量部外添しつつ、加熱して母体粒子に固着さ
せた後、実施例８と同様にシリカを添加したトナーを用
いて各種印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.６
７と十分な値を確保しており、（２）直線印字におい
て、飛翔制御部２におけるトナ一Ｔの付着による直線の
歪みは無く、（３）定着による画像乱れも若干発生して
いるが許容範囲内であり、ほぼ良好な画像を得られた。
尚、このトナーの軟化温度は１２７.８℃であった。

【００９５】（比較例１１）実施例１５の配合にて、バ
インダ樹脂として異なるスチレンアクリル樹脂を用いた
ところ、軟化温度は１３３.５℃であった。このトナー
にて各種印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.６
６と十分な値を確保しており、（２）直線印字におい
て、飛翔制御部２におけるトナーＴの付着による直線の
歪みは無く、未定着状態では問題はなかったが、（３）
定着後の画像は、ささくれや尾引き等の画像乱れが発生
した。

【００９６】（比較例１２）比較例１１で用いたトナー
を、電子写真方式によるシャープ製プリンタＪＸ−９２
３０にて印字し、未定着状態で取り出し、比較例１１で
用いた本発明の画像形成装置用定着機で定着せしめた結
果、比較例１１で発生したような定着による画像乱れは
発生しなかった。

【００９７】（実施例１６）実施例１５の配合にて、外
添するカーボンブラックを０.４重量部としたトナーを
用いて各種印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.
６６と十分な値を確保しており、（２）直線印字におい
て、飛翔制御部２におけるトナーＴの付着による直線の
歪みは無く、（３）定着による画像乱れもほとんどな
く、ほぼ良好な画像を得ることができた。

【００９８】（比較例１３）実施例１５の配合にて、外
添したカーボンブラックを削除したトナーを用いて各種
印字を行った結果、（１）ドット濃度は０.６５と十分
な値を確保しており、（２）直線印字において、飛翔制
御部２におけるトナーＴの付着による直線の歪みは無
く、（３）定着による画像乱れも無かったが、形成した
画像のドット周辺への飛び散りが顕著であり、輪郭がは
っきりしないぼやけた画像となった。

【００９９】（比較例１４）実施例１５の配合にて、外
添するカーボンブラック量を０.５重量部としたトナー
を用いて各種印字を行った結果、（１）ドット濃度は
０.６４であったが、（２）直線印字における飛翔制御
部２におけるトナーＴの付着による直線の歪みが若干発
生し、（３）定着による画像乱れも一部確認され、十分
な画像を得ることができなかった。

【０１００】以上、実施例８〜１０、比較例５，６よ
り、帯電制御剤の添加量は１〜４重量部、好ましくは１
〜３重量部が最適であることがわかる。これより少ない
とトナーの帯電が印字までに十分立ち上がらず、電界に
よる飛翔制御のための応答性が悪化することによって濃
度不足を招き、更に帯電量が低いために、帯電量分布に
よりトナーの中に占める弱帯電トナーや逆帯電トナーの
比率が増加し、飛翔制御部２における付着、ひいては目
詰まりが発生する。逆に添加量が多すぎると、帯電制御
剤自体によるトナー中の電荷のリークが顕著になり、結
果的には帯電量が低くなり、見かけ上、添加量が少ない
場合と同様の画像形成上の問題が生じてしてしまう。

【０１０１】実施例８、比較例７では、帯電制御剤が非
金属である場合には、十分な帯電が得られず、先と同様
の帯電量及びその分布が原因となり、濃度不足や飛翔制
御部２における付着、ひいては目詰まりが発生する。実
施例８，１１，１２、比較例８，９から、十分な濃度を
確保しつつ飛翔制御部２におけるトナー付着を抑制し、
定着による画像劣化を抑制するためには、カーボンブラ
ックの添加量は５〜１５重量部、好ましくは５〜１０重
量部が適切であることがわかる。カーボンブラックの添
加量がこの範囲以下であると、トナー量をいくら増加さ
せても必要な温度を得ることができず、逆に添加量が多
すぎた場合はカーボンブラックによる電荷のリークが大
きくなり、トナー帯電量が低くなり、同様の理由から飛
翔制御部２における付着、ひいては目詰まりが発生す
る。又、高濃度のカーボンブラックがトナー定着を阻害
してしまう。

【０１０２】実施例８，１３，１４、比較例１０から、
十分な濃度を確保しつつ飛翔制御部２へのトナー付着を
抑制するためには、シリカの添加量は０.７５重量部以
上が適切であることがわかる。少ない場合は、トナーの
流動性が低下し、トナー担持体上へのトナー搬送量が不
足し、濃度不足を招く。但し添加量が多すぎても画像へ
の影響は少ないが、トナー飛散による機内汚染が顕著に
なることに留意する必要があるため、シリカの添加量の
上限は２重量部未満とすることが好ましい。

【０１０３】実施例８，１５、比較例１１，１２から、
トナーの軟化温度は１３０℃以下であれば定着による画
像乱れは発生しないことがわかり、トナーの樹脂として
ポリエステル樹脂を用いることで更に良好な定着による
画像が得られる。また定着により画像乱れが生じたトナ
ーであっても、電子写真方式による定着では問題がない
事から、本発明の直接印字方式による未定着前の記録媒
体上のトナー蓄積状態が、電子写真方式に比べ、凸にな
っていることが考えられる。これは両方式での定着後の
ドット濃度分布から推測できる。

【０１０４】実施例８，１５，１６、比較例１３，１４
から、バインダ樹脂としてスチレン・アクリル樹脂を用
いた場合、外添剤としてカーボンブラックを添加するこ
とにより、輪郭がはっきりした画像を得ることができ、
定着時の画像乱れが抑制されることがわかる。カーボン
ブラックの外添によりトナーの見かけ上の帯電量が下が
り、これによるトナー運動エネルギーの低減が、記録媒
体との衝突によるバウンスを抑制すると考えられる。し
かしながら外添するカーボンブラック量が多すぎると、
定着時の画像乱れを引き起こしてしまうため、その添加
量は０.５重量部未満とすることが望ましい。

【０１０５】以上では、本発明の実施形態として、直接
記録型画像形成装置に搭載した例を示したが、本発明は
上記に限定されず、従来の電子写真方式・イオンフロー
方式・他の直接記録型画像形成方式（飛翔制御部２を除
去し、対向電極をセグメント形式とし当該電極に画像信
号を入力する方式）等にも使用可能である。その際に
は、トナー担持体３１上でのトナーの飛翔方向、あるい
は、接触領域と他の部材配置より装置全体の構成を考え
れば良い。

【０１０６】

【発明の効果】請求項１の効果：トナーによる直接記録
方式の画像形成装置に用いるトナー体積抵抗、及びトナ
ー制御手段のゲートヘの所定電圧の印加時間を最適化す
ることにより、飛翔制御部へのトナー付着が画像形成に
悪影響を及ぼすことなく単一画素形成が可能となり、ひ
いては画像形成が可能となる。

【０１０７】請求項２の効果：請求項１の効果に加え
て、印字媒体や対向電極位置等の条件にもよるが、制御
手段のゲートヘの所定電圧印加時間によって、任意のド
ット径を得ることが可能になる。よって、任意の解像度
や階調性を有する画像の形成も容易になる。

【０１０８】請求項３及び４の効果：請求項１の効果に
加えて、印字媒体や対向電極位置等の条件にもよるが、
制御手段のゲートヘの所定電圧印加回数によって、請求
項２の効果と同様、任意のドット径を得ることが可能に
なり、任意の解像度や階調性を有する画像の形成も容易
になる。

【０１０９】請求項５及び６の効果：請求項１ないし４
いずれか１の効果に加えて、スチレン・アクリル樹脂を
用いたトナーにて、トナー母体粒子に内添されたり、ト
ナー母体粒子の表面に外添されるカーボンブラック等の
低抵抗物質添加量を最適化することにより、トナーの体
積抵抗が保たれ、ひいては制御手段への目詰まり無く、
ドット周辺へのトナーの飛び散りが少ない印字を得るこ
とが可能となる。

【０１１０】請求項７及び８の効果：請求項１ないし６
いずれか１の効果に加えて、印字媒体の印字面側にシリ
コーンオイル等を塗布することにより、中間媒体や特別
な記録媒体を用いることなく、ドット周辺へのトナーの
飛び散りが全く無い良好なドット形成が可能になると共
に、シリコーンオイルとして、定着における離型作用を
有するものを用いれば、飛び散りが無いだけでなく、定
着時の非オフセット温度幅が拡大したり、画像への光沢
向上効果も合わせて得ることが可能になる。

【０１１１】請求項９の効果：画像形成装置に用いるト
ナーに含まれる帯電制御剤の添加量を最適化することに
より、トナーの帯電の立ち上がり速度やその到達帯電
量、帯電量分布が最適化され、十分な画像濃度を得、良
好な画像を得ることができる。

【０１１２】請求項１０ないし１２の効果：トナーによ
る直接記録方式の画像形成装置に用いるトナーに含まれ
る帯電制御剤の添加量や種類を最適化することにより、
トナーの帯電の立ち上がり速度やその到達帯電量、帯電
量分布が最適化され、十分な画像濃度を得、かつ飛翔制
御部でのトナー付着を抑制することができ、良好な画像
を得ることができる。

【０１１３】請求項１３の効果：請求項９ないし１２い
ずれか１の効果に加えて、カーボンブラックの添加量を
最適化することにより、最低限必要な画像濃度を得るた
めの隠蔽力が確保され、かつ、カーボンブラックによる
帯電量低下で生じる弱帯電トナーや逆帯電トナーなどの
比率増大を抑制し、ひいては飛翔制御部へのトナー付着
を抑制することができる。

【０１１４】請求項１４の効果：請求項９ないし１３い
ずれか１の効果に加えて、トナーの流動性確保の観点か
ら、シリカ添加量を一定量以上にすることによって、ト
ナー担持体で運ばれるトナー量が確保でき、十分な画像
濃度を確保することができる。

【０１１５】請求項１５の効果：請求項９ないし１４い
ずれか１の効果に加えて、トナーの軟化温度を１３０℃
以下にすることで、直接印字方式固有の定着による画像
乱れを抑制することができる。

【０１１６】請求項１６の効果：請求項９ないし１５い
ずれか１の効果に加えて、トナーのバインダ樹脂をポリ
エステル樹脂とする事により、定着後の画像が向上す
る。

【０１１７】請求項１７ないし２０の効果：請求項９な
いし１５いずれか１の効果に加えて、トナーのバインダ
樹脂としてスチレン・アクリル樹脂を用い、トナーの母
体粒子にカーボンブラックを外添することにより、画像
形成時のトナーの飛び散りが抑制され、輪郭がはっきり
した良好な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される直接記録型画像形成装置一
例の概略構成図である。

【図２】本発明が適用される画像形成装置の印字プロセ
スの例を説明するための図である。

【図３】本発明が適用される画像形成装置におけるトナ
ー帯電器の例を示す概略構成図である。

【図４】本発明が適用される画像形成装置に用いるトナ
ー飛翔制御部の平面図である。

【図５】本発明が適用される画像形成装置に用いるトナ
ー飛翔制御部を部分断面で示す要部斜視図である。

【図６】本発明が適用される記録型画像形成装置におけ
る印字部の詳細を説明するための図である。

【図７】本発明が適用される画像形成装置において、オ
ン電位印加時間とドット径の関係を説明するための図で
ある。

【図８】本発明が適用される画像形成装置において、オ
ン電位印加回数とドット径の関係を説明するための図で
ある。

【図９】従来技術の一つである特開平６−２２７０２１
号における開示技術に関する説明図である。

【図１０】従来技術の一つである特開平４−４４０６２
号における開示技術に関する説明図である。

【図１１】従来技術の一つである特開昭５９−２１８８
７３号における開示技術に関する説明図である。

【図１２】従来技術の一つである特開昭５９−２１８８
７３号における開示技術に関する説明図である。

【図１３】従来技術の一つである特開昭５９−２１８８
７３号における開示技術に関する説明図である。

【符号の説明】

１…印字部、２…飛翔制御部、３…トナー帯電器、４…
記録媒体供給部、６…定着部、７…コントローラ部、７
ａ…画像形成制御ユニット、１１…対向電極、２１…電
極取付台、２２…ゲート、２３…制御電極、２４…給電
線、２５…絶縁層、２６…レンズ電極、２７…カバーレ
イヤー、３０…ブレード取付台、３１…トナー担持体、
３２…ブレード、３３…供給ローラ、３４…可撓性シー
ル部材、３５…小室、３６…トナー担持体収容槽、３７
…攪拌ローラ、３８…パーティション、３９…トナー収
容槽、４０…記録媒体収容部、４１…ピックアップロー
ラ、４２…レジストローラ、４３…記録媒体ガイド板、
４４…記録媒体押さえ板、５１…開口部、６１…ヒー
タ、６２…ヒートローラ、６３…圧力ローラ、６４…温
度センサ、７１…対向電極電圧印加手段、７２…制御電
極電圧印加手段、１０３…顕像剤制御手段、１１１…顕
像剤担持体、２３３…顕像剤制御手段、３１５…顕像剤
担持体、３２１…記録媒体、３２２…顕像剤、Ｐ…記録
媒体、Ｔ…トナー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/00 １１６ (72)発明者上田篤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 (72)発明者西尾幸人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Ｆターム(参考） 2C162 AE04 AE25 AE31 AE74 AE82 AE84 AF72 AF75 CA02 CA12 CA24 2H005 AA01 AA06 AA08 CA04 CA08 CB07 CB13 CB18 EA01 EA07 2H029 AB15 2H033 BA42 BB02 BB18 BB29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】顕像剤と、所定の極性に帯電した該顕像
剤を担持する顕像剤担持体と、該顕像剤担持体と所定の
間隙で配置され、前記顕像剤担持体上から飛翔する前記
顕像剤の通過が可能なゲートと該ゲートの通過を制御す
る電圧印加が可能な制御電極を含む制御手段と、該制御
手段を間に前記顕像剤担持体側とは反対側に該制御手段
に対向して配置される電圧印加が可能な対向電極とを備
え、画像情報に応じて前記制御電極に所定の電圧を所定
時間印加し選択的に前記ゲートにおける顕像剤の通過を
制御することにより、前記制御手段と前記対向電極間に
搬送される記録媒体上に画像情報に応じた顕像剤像を形
成する画像形成装置において、前記顕像剤として体積抵
抗Ｒが１×１０¹⁰Ωｃｍ以上の顕像剤を用い、かつ前記
ゲートにおける顕像剤の通過を制御する電圧の印加時間
ｔを５０〜３００μｓの範囲とすることを特徴とする画
像形成装置。
【請求項２】請求項１記載の画像形成装置において、
径Ｄ（μｍ）の単一画素を得るために前記ゲートにおけ
る顕像剤の通過を制御する電圧の印加時間ｔ（μｓ）を
次式（８０−１００ｅｘｐ（−０.０１×ｔ））＜Ｄ＜（２
１０−３００ｅｘｐ（−０.０２×ｔ））を満足する範囲内で設定することを特徴とする画像形成
装置。
【請求項３】請求項１記載の画像形成装置において、
径Ｄ（μｍ）の単一画素を得るために、前記ゲートにお
ける顕像剤の通過を制御する電圧の印加を同一画素を形
成する前記ゲートに対して５回以下の複数回与えること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項４】請求項３記載の画像形成装置において、
径Ｄ（μｍ）の単一画素を得るために、前記ゲートにお
ける顕像剤の通過を制御する電圧の１回の印加にて形成
された単一画素径をＤ１（μｍ）とした場合、次式１.７＜（Ｄ／Ｄ１＋２.３×ｅｘｐ（−０.９×ｎ））
＜２.１を満足する範囲内で電圧印加回数ｎを設定することを特
徴とする画像形成装置。
【請求項５】請求項１ないし４いずれか１記載の画像
形成装置において、前記顕像剤として母体粒子に対して
５〜１５重量部の範囲でカーボンブラックが内添されて
いる顕像剤を用いることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】請求項１ないし５いずれか１記載の画像
形成装置において、前記顕像剤として、該顕像剤の母体
粒子を形成する材料にスチレン・アクリル系樹脂を用
い、該母体粒子にカーボンブラックを外添し、体積抵抗
Ｒを１×１０¹¹Ωｃｍ以上とした顕像剤を用いることを
特徴とする画像形成装置。
【請求項７】請求項１ないし６いずれか１記載の画像
形成装置において、記録媒体に顕像剤による画像を形成
する前に、定着時における離型作用を付与するためにシ
リコーンオイルを記録媒体上に塗布する手段を備えるこ
とを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】請求項７記載の画像形成装置において、
前記シリコーンオイルとして、ジメチルシリコン，フェ
ニルシリコン，フロロシリコンのうち、少なくとも一つ
よりなるシリコーンオイルを用い、前記顕像剤により記
録媒体に画像を形成する直前に設けられた塗布部材、ま
たは画像形成部に向って記録媒体を送り出すレジストロ
ーラにより接触式で該シリコーンオイルを塗布すること
特徴とする画像形成装置。
【請求項９】所定の極性に帯電した顕像剤を担持する
顕像剤担持体と、該顕像剤担持体に対向して配置され画
像情報に応じた電位が保持可能な対向電極とを備え、前
記顕像剤担持体上の顕像剤に前記対向電極による電位を
作用させることにより前記顕像剤担持体と前記対向電極
間に搬送される記録媒体上に画像情報に応じた顕像剤像
を形成する画像形成装置に用いる顕像剤において、帯電
制御剤を１ないし４重量部の範囲で含むことを特徴とす
る顕像剤。
【請求項１０】所定の極性に帯電した顕像剤を担持す
る顕像剤担持体と、該顕像剤担持体と所定の間隙で配置
され、前記顕像剤担持体上から飛翔する顕像剤の通過が
可能なゲートと該ゲートの通過を制御する電圧印加が可
能な制御電極を含む制御手段と、該制御手段を間に前記
顕像剤担持体側とは反対側に該制御手段に対向して配置
される電圧印加が可能な対向電極とを備え、画像情報に
応じて前記制御電極に所定の電圧を所定時間印加し選択
的に前記ゲートにおける顕像剤の通過を制御することに
より、前記制御手段と前記対向電極間に搬送される記録
媒体上に画像情報に応じた顕像剤像を形成する画像形成
装置に用いる顕像剤において、帯電制御剤を１ないし４
重量部の範囲で含むことを特徴とする顕像剤。
【請求項１１】請求項９または１０記載の顕像剤にお
いて、前記帯電制御剤が金属を含むことを特徴とする顕
像剤。
【請求項１２】請求項１１記載の顕像剤において、前
記帯電制御剤が含む金属としてクロムを用いることを特
徴とする画像形成装置用顕像剤。
【請求項１３】請求項９ないし１２いずれか１記載の
顕像剤において、カーボンブラックを５〜１５重量部の
範囲で含むことを特徴とする顕像剤。
【請求項１４】請求項９ないし１３いずれか１記載の
顕像剤において、該顕像剤の母体粒子の表面に外添剤と
してシリカを０.７５重量部以上添加することを特徴と
する顕像剤。
【請求項１５】請求項９ないし１４いずれか１記載の
顕像剤において、軟化温度が１３０度以下であることを
特徴とする顕像剤。
【請求項１６】請求項９ないし１５いずれか１記載の
顕像剤において、該顕像剤の母体粒子を形成するための
バインダ樹脂としてポリエステル樹脂を用いたことを特
徴とする顕像剤。
【請求項１７】請求項９ないし１５いずれか１記載の
顕像剤において、該顕像剤の母体粒子を形成するための
バインダ樹脂としてスチレン・アクリル樹脂を用い、該
母体粒子に対してカーボンブラックを外添剤として外添
することを特徴とする顕像剤。
【請求項１８】請求項１７記載の顕像剤において、前
記外添剤として外添するカーボンブラックの添加量を
０.５重量部未満とすることを特徴とする顕像剤。
【請求項１９】請求項１７または１８記載の顕像剤に
おいて、カーボンブラックを外添した前記母体粒子を加
熱することにより、前記カーボンブラックを前記母体粒
子に固着することを特徴とする顕像剤。
【請求項２０】請求項１９記載の顕像剤において、外
添した前記カーボンブラックを加熱により前記母体粒子
に固着した後に、さらに流動化剤としてシリカ，チタニ
ア，及びアルミナのうち少なくとも一つを外添すること
を特徴とする顕像剤。