JP2520498B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、粉体トナーを用いた画像形成装置に関す
る。

（従来の技術） ワードプロセッサ、ファクシミリ、コンピュータ等で
は、インクジェットプリンタによる画像形成方法が知ら
れている。

インクジェットプリンタは、いわゆるノンインパクト
プリンタの代表的なものであり、所定の液体インクに、
圧電素子等により超音波振動を与えながら圧力を加え
て、該液体インクを所定の電界内にインクノズルから噴
出させ、そのインク粒子を電界により制御して、記録紙
上に付着させることにより、記録画像が記録紙上に形成
される。このようなインクジェットプリンタ方式では、
画像を形成する際に騒音が発生せず、しかも鮮明な画像
を形成し得るという利点を有する。反面、記録紙へのイ
ンクの染み込み速度を制御するために、表面処理等がな
された特別な用紙を使用する必要があり、また、インク
はノズルから供給されるために、ノズルがインク内の異
物等によって詰まりやすいという問題がある。

このようなインクジェットプリンタの問題を解決する
ために、画像記録媒体として粉体トナーを用いた画像形
成装置が、例えば特開昭62−263962号公報に開示されて
いる。この画像形成装置は、粉体トナー粒子を、ピンホ
ール状のトナー通過孔に、画像出力信号に応じて発生す
る静電吸引力によって通過させるように制御するトナー
制御手段が設けられており、該トナー制御手段により、
記録紙上にトナー粒子を選択的に送給して、該記録紙上
に所定の記録画像を形成する。このような装置では、記
録紙として表面処理等が施されていない普通紙が使用で
き、さらに、微粒子状の粉体トナーを使用するために、
角トナー通過孔でのトナーの詰まりが抑制される。

粉体トナーを制御するトナー制御手段は、多数のピン
ホール状のトナー通過孔が設けられた絶縁性基板と、各
トナー通過孔内に電界を形成するように、該絶縁性基板
を挟んで設けられた一対の電極とを有している。対をな
すそれぞれの電極は、各トナー通過孔とそれぞれ同様の
大きさの貫通孔が設けられており、絶縁性基板のそれぞ
れの一面に、それぞれの貫通孔が各トナー通過孔に整合
された状態で取り付けられている。そして、両電極間に
所定の電圧を印加してトナー通過孔内に所定方向への電
界を形成することにより、トナー通過孔内をトナー粒子
が通過する。トナー通過孔内にトナー粒子を通過させな
いようにする場合には、トナー通過孔内に、トナーを通
過させる場合とは反対方向の電界が形成されるように、
各電極間に所定電圧が印加される。

（発明が解決しようとする課題） このようなトナー制御手段では、トナー通過孔内に進
入したトナー粒子を確実に制御するためには、トナー通
過孔の軸心部にまで電界を作用させる必要がある。トナ
ー通過孔の軸心部にまで電界を作用させることにより、
該軸心部に進入したトナーが、電界の方向により、確実
に制御される。

トナー通過孔の軸心部にまで電界を作用させるために
は、少なくとも一方の電極を厚くして、該電極にて形成
される電界の作用領域を広くする必要がある。しかし、
絶縁性基板に形成される多数のトナー通過孔は、非常に
近接された状態になっており、電極を厚くすれば、相互
に隣接する各トナー通過孔に対する電極同士を絶縁状態
にすることが容易ではない。このため、両電極間の電位
差を上昇させて、形成される電界を強くすることによ
り、トナー通過孔の軸心部におけるトナーを制御でき
る。しかし、このような方法では、トナー通過孔におけ
る軸心部のトナーを効果的に制御することができない。

本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、そ
の目的は、トナー制御手段におけるトナー通過孔の軸心
部におけるトナーを効果的に制御できる画像形成装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の画像形成装置は、トナー通過孔が設けられた
絶縁性基板、および該絶縁性基板を挟んで設けられ、該
トナー通過孔に連通するトナー通過孔をそれぞれ有する
一対の電極を備え、該一対の電極の内の少なくとも一方
の電極に、該絶縁性基板の該トナー通過孔内に嵌合され
る筒状部分が形成されているトナー制御手段と、画像情
報に応じて、トナー通過孔内に、少なくともトナーが通
過する方向の電界を形成するように、該トナー制御手段
の対をなす電極間を所定電位とする画像情報発生手段
と、具備してなり、そのことにより上記目的が達成され
る。

前記トナー制御手段におけるトナーが供給される側の
電極は、超音波により振動される。

前記トナー制御手段におけるトナーが供給される側の
電極が、絶縁性基板の全てのトナー通過孔を覆う導電性
のメッシュである。

（作用） 本発明の画像形成装置では、一方の電極がトナー通過
孔内に嵌合された状態になっているために、両電極間に
所定の電圧を印加すると、トナー通過孔内に嵌合された
電極部分により形成される電界は、該トナー通過孔の軸
心部にまで作用して、該軸心部のトナーも確実に制御さ
れる。

（実施例） 以下、本発明を、実施例について説明する。

本発明の画像形成装置は、第１図に示すように、粉体
トナーが収容されたトナー収容容器10を有する。トナー
収容容器10の上方には、トナーホッパー等のトナー貯留
部に連通しており、該トナー収容容器10にトナーが順次
補給される。該トナー収容容器10におけるトナーが収容
される空間の下部には、開口部11が設けられており、該
開口部11には、トナー供給手段としてのトナー供給ロー
ラ20の上部が嵌合されている。トナー収容容器10内に収
容されるトナーは、トナー供給ローラー20の回転により
順次下方へ供給される。

トナー供給ローラ20の下方には、トナー制御手段30が
該トナー供給ローラ20に近接した状態で設けられてい
る。トナー制御手段30には、画像情報発生手段50より画
像信号が与えられる。画像情報発生手段50は、ワードプ
ロセッサ、ファクシミリ、コンピュータ等の機器本体か
らの信号に応じて動作して、画像情報に対応した電気信
号を発生する。この電気信号に従って、トナー供給ロー
ラ20から送給される粉体トナーが、該トナー制御手段30
により制御され、記録紙70上に所定のトナー画像が形成
される。トナー制御手段30は、トナー供給ローラー20に
圧接されていてもよい。トナー制御手段30には、超音波
振動を付与する超音波振動発生手段40が設けられてお
り、また、トナー制御手段30の下方には、トナー制御手
段30に対向させてベース電極60が設けられている。

ベース電極60上にはトナー像が形成される記録紙70が
載置される。ベース電極60は、載置される記録紙70とと
もに矢印Ａ方向に移動するようにしてもよく、あるい
は、ベース電極60を固定して、所定の記録紙搬送手段に
より記録紙70のみを移動させるようにしてもよい。トナ
ー制御手段30により、所定のトナー像が記録紙70上に形
成されると、該記録紙70は、所定の定着装置（図示せ
ず）に搬送され、該定着装置によりトナー像が記録紙70
に定着される。

トナー制御手段30は、第２図に示すように、水平状の
第１絶縁性基板31と、該第１絶縁性基板31の上側に積層
された第２絶縁性基板34とを有する。第１絶縁性基板31
と第２絶縁基板34には、上下方向に貫通する多数のピン
ホール状のトナー通過孔31aおよび34aが整合状態で設け
られている。

上側の第２絶縁性基板34の上面には、各トナー通過孔
34aと同様の大きさの上下方向に貫通する多数の貫通孔3
5aを有する共通電極35が設けられている。共通電極35
は、第２絶縁性基板34におけるトナー通過孔34aに、各
貫通孔35aが整合した状態で、該第２絶縁性基板34にそ
れぞれ取り付けられている。また、下側の絶縁性基板31
の各トナー通過孔31aには、対向電極33がそれぞれ取り
付けられている。各対向電極は、第１絶縁性基板31の各
トナー通過孔31aに嵌合する円筒状の本体部33aと、各ト
ナー通過孔31aから下方へ延出して第１絶縁性基板31の
下面に当接するフランジ部33bとを有する。

第２絶縁性基板34上の共通電極35は、接地状態になっ
ている。また、第１絶縁性基板31に設けられた各対向電
極33には、画像情報発生手段50が接続されており、該画
像情報発生手段50から各対向電極33に電気信号が入力さ
れている。対向電極33には、画像情報に応じて所定の正
電位及び負電位が与えられ、例えば、画像を形成すべき
情報の場合には、＋100V、画像を形成する必要のない非
画像情報の場合には、−100Vの電圧が印加されるように
制御される。

このようなトナー制御手段30は、例えば第１絶縁性基
板31の多数のトナー通過孔31aを設けた後に、各トナー
通過孔31aに対向電極33をメッキ処理により形成し、多
数のトナー通過孔34aが形成された第２絶縁性基板34
を、該第１絶縁性基板31に張り合わせた後に、該第２絶
縁性基板34に共通電極35が張り合わせ形成されて製造さ
れる。

第２絶縁性基板34上には、超音波振動発生手段40が設
置されており、該超音波振動発生手段40により第２絶縁
性基板34および第１絶縁性基板31の両者に超音波振動が
付与される。超音波振動発生手段40による超音波振動
は、少なくとも第２絶縁性基板34上の共通電極35に付与
されればよい。

それぞれのトナー通過孔31aおよび34aに対して相互に
対をなす共通電極35および対向電極33は、該トナー通過
孔31aおよび34a内に電界を形成する。

このような構成の画像形成装置によるトナー像の形成
プロセスについて説明する。

トナー供給ローラ20が回転すると、トナー収容容器10
内のトナーがトナー制御手段30の共通電極35上に供給さ
れる。供給電極35には、超音波振動発生手段40により、
一定振幅の振動が付与されているため、共通電極35上
で、トナーの塊は、適宜、破砕され、該共通電極35の貫
通孔35aから第２絶縁性基板34のトナー通過孔34a内へ落
入する。第２絶縁性基板34のトナー通過孔34a内に落入
したトナー粒子は、対向電極33に与えられる画像信号に
応じて制御され、記録紙70上に落下するか、共通電極35
上に戻される。

例えば、画像信号発生手段50により対向電極33に正電
圧が印加されると、トナー通過孔31aおよび34a内には、
対向電極33から共通電極35に向かう電界が発生する。こ
の電界により、予め負に帯電されているトナー粒子は、
対向電極33に引き寄せられ、対向電極33を通過してベー
ス電極60上の記録紙70上に落下する。該ベース電極60に
は、共通電極35に対して正のバイアス電圧が印加されて
いるため、トナー通過孔31aからトナー粒子が落下する
ことが促進される。ベース電極60に印加されるバイアス
電圧は、対向電極33に与えられる電気信号より充分に大
きく、負帯電のトナーの場合には、300〜1000Vの範囲と
される。該バイアス電圧が、300Vより小さいと、トナー
の落下位置にバラツキが生じ、画像が乱れるおそれがあ
る。一方、バイアス電圧が1000Vより大きいと、放電が
生じるおそれがある。

画像情報発生手段50により非画像信号が与えられて、
対向電極33に負の電圧が印加されると、トナー通過孔31
aおよび34a内には、上側の共通電極35ら下側の対向電極
33に向かう電界が形成され、負帯電のトナーは共通電極
35に戻される。

対向電極33は、下側のトナー通過孔31a内に本体部33a
が嵌合された状態になっているために、画像情報発生手
段50から電圧を印加されると、該本体部33a全体から電
界が形成され、その電界は、トナー通過孔31aおよび34a
の軸心部にまで確実に作用する。このため、トナー供給
ローラ20から供給されて超音波振動発生手段40の超音波
振動により破砕されたトナー粒子が、各トナー通過孔31
aおよび34aの電界により、確実に制御される。その結
果、対向電極33および共通電極35の間の電位差を大きく
する必要がない。

なお、上記実施例では、対向電極33に、第１絶縁性基
板31のトナー通過孔31a内に嵌合される円筒状の本体部3
3aを設けたが、共通電極35に、第２絶縁性基板31のトナ
ー通過孔31aに嵌合される円筒状部分が形成してもよ
く、さらに、両電極33および35それぞれにトナー通過孔
31aおよび34aに嵌合される円筒状部分を設けてもよい。

共通電極35及び対向電極33としては、銅箔、銀箔、ア
ルミニウム等のパターンが好適に使用される。また、第
３図に示すように、各共通電極として導電性金属により
構成された１枚のメッシュ36により構成してもよい。該
メッシュ36は、第２絶縁性基盤34における全てのトナー
通過孔34aの上側の開口部を覆った状態で絶縁性基板31
に取り付けられている。この場合には、共通電極である
該メッシュ36に供給されるトナーの塊を一層確実に破砕
することができる。

本発明においては、５〜20μｍの比較的小径の平均粒
径を有しているトナーを使用することが望ましく、小径
のトナーによって解像度の優れた記録画像の形成が可能
となる。

また、トナー通過孔31aおよび34aの直径は50〜300μ
ｍ程度に設定するのが好適である。また、トナー制御手
段30と記録紙70との間隔は、画像情報発生手段50から与
えられる印加電圧の大きさによっても異なるが、通常、
0.3〜2.5mmの範囲とされる。

本発明において、トナー供給ローラ20としてはスポン
ジローラが好適に使用される。スポンジローラはその回
転に伴ってトナー収容容器10内の凝集トナーを効果的に
破砕し、表面の目地にはトナーがほぼ均一した状態で保
持されるため、トナー制御手段30には、常に一定量のト
ナーが供給される。

トナー供給ローラ20の回転速度は、ローラの種類や圧
電素子印加電圧などによって異なるか、一般に、50mm/
秒以上の周速であることが望ましい。トナー供給ローラ
の周速が50mm/秒よりも遅い場合には、形成されるトナ
ー画像の濃度が不足する。

超音波振動発生手段40は、正弦波、方形波、三角波等
を、20KHz〜1MHzの範囲の共振周波数で発生させるもの
が好ましく、PZT等の圧電素子が使用される。

本発明において、この超音波振動を発生させる際の印
加電圧に、周波数変調を与えることが望ましい。これに
よってトナー制御手段からのトナーの落下を、より均一
に行うことが可能となる。これは、以下の理由によるも
のと考えられる。通常、共通電極35に超音波振動を付与
すると、波と波とが互いに干渉し合って、その場で停滞
する定在波が発生する。この定在波によって共通電極35
上の振幅に差が生じ、トナーの落下量に大きな影響を与
え、その結果、トナーを均一に落下させることができな
い。しかしながら、超音波振動子の印加電圧に周波数変
調を与えることにより、定在波による強度差が緩和さ
れ、共通電極35上の超音波振動の強度が、特定の位置に
集中することがなく、均一な状態に近くなる。掃引周波
数は10〜1000Hzの低周波数が好ましく、その周波数の変
動が共振周波数の１〜20％のものが、トナーの落下ムラ
を抑制するのに効果的である。掃引周波数が1000Hzを越
えると、定在波による強度差を緩和する作用が弱くな
り、落下トナー量のバラツキを抑制する効果が低減され
る。これは、低周波の変調信号を付与することにより、
共通電極35上の振動強度を均一化し、さらに定在波によ
って発生する超音波振動の節が変調信号の周波数を低く
するにしたがってゆっくりと変化し、そこに集まる性質
を有するトナーがその振動（節の位置の変化）の上を動
き回れるようになり、均一な広がりをもったり、大きな
塊がなくなるためであると考えられる。逆に掃引周波数
が10Hzより少ないと、単位時間内での記録紙搬送方向に
おけるトナーの落下量のバラツキが大きくなり、記録紙
を低速で搬送しなければ縞模様の落下ムラが発生するた
めに高速処理ができなくなる。

（発明の効果） 本発明の画像形成装置は、トナー通過孔が形成された
絶縁性基板を挟んで一対の電極が設けられた構成のトナ
ー制御手段において、少なくも一方の電極にトナー通過
孔内に嵌合する筒状部分を形成してあるので、トナー通
過孔の軸心部にも電界を形成することができる。このた
め、トナー通過孔の軸心部に進入したトナー粒子にも電
界が作用し、これによりトナー粒子の移動方向が確実に
制御される。それ故、本願発明によれば、トナー粒子を
印字対象の目的箇所に精度よく導けるので、画像品質を
向上することができる。

また、トナー通過孔の内壁にも電極が延出しているの
で、一対の電極間の電位差が小さい場合にも、軸心部に
電極を作成することができる。このため、消費電力を節
約できるとともに、小型の電源システムで対応できるの
で、装置構成の小型化を図る上で有利である。

また、トナーが送給される側の電極を、超音波振動に
より振動させることにより、該電極に供給されるトナー
の塊を効率よく破砕し得る。

さらに、本発明の画像形成装置では、トナーが供給さ
れる側の電極を、トナー通過孔の開口部を覆うメッシュ
状にすることにより、トナーの塊を一層確実に破砕し得
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像形成装置の一例を示す構成図、第
２図はそのトナー制御手段の構成図、第３図は本発明の
画像形成装置におけるトナー制御手段の他の実施例を示
す構成図である。 10……トナー収容容器、20……トナー供給ローラ、30…
…トナー制御手段、31……第１絶縁性基板、33……対向
電極、33a……本体部、33b……フランジ部、34……第２
絶縁性基板、35……共通電極、36……メッシュ、40……
超音波振動発生手段。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー通過孔が設けられた絶縁性基板、お
   よび該絶縁性基板を挟んで設けられ、該トナー通過孔に
   連通するトナー通過孔をそれぞれ有する一対の電極を備
   え、該一対の電極の内の少なくとも一方の電極に、該絶
   縁性基板の該トナー通過孔内に嵌合される筒状部分が形
   成されているトナー制御手段と、 画像情報に応じて、トナー通過孔内に、少なくともトナ
   ーが通過する方向の電界を形成するように、該トナー制
   御手段の対をなす電極間を所定電位とする画像情報発生
   手段と、 を具備する画像形成装置。
2. 【請求項２】前記トナー制御手段におけるトナーが供給
   される側の電極は、超音波により振動される請求項１に
   記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】前記トナー制御手段におけるトナーが供給
   される側の電極は、絶縁性基板の全てのトナー通過孔を
   覆う導電性のメッシュである請求項１に記載の画像形成
   装置。