JP2898804B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光体ドラムその他の
潜像担持体を介さずに直接普通紙その他の記録材にトナ
ー像を付着可能に構成した画像形成装置に係り、特に電
磁気的に開閉可能なトナー通過孔をマトリックス状に配
列した制御グリッドを介して、制御グリッドとの対面位
置にトナー層を導くトナー搬送体と背面電極を対面配置
し、該背面電極表面に沿って記録材を移動させながら、
画像情報に対応した制御電圧を前記制御グリッドに印加
しながらトナー通過孔を選択的に開放し、該通過孔を介
して前記トナー搬送体に担持したトナーを記録材側に転
送可能に構成した画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より潜像担持体として機能する感光
体ドラムを用いずに現像ローラ上に担持させたトナーを
直接、画像情報に対応させてドットパターン状に記録材
上に転移させる画像形成装置は公知であり、（スエーデ
ン国特許願第8704883号他）かかる装置構成を本出願人
が先に出願した図５に示す概要図に基づいて簡単に説明
するに、５０は現像ローラ、５１は該現像ローラ５０を
回転可能に軸支すると共に、下面側に帯状開口５１ａを
形成したトナー容器、５３は前記帯状開口５１ａに張設
したマトリックス状の制御グリッド、５２は該制御グリ
ッド５３と所定空隙介して対面配置させた背面電極、５
４は該背面電極５２に現像電圧を印加する電源回路、５
５は画像情報に対応する信号を生成する制御回路、５６
は該信号に基づいて前記制御グリッド５３をスイッチン
グする駆動回路、５７は底面より付勢されたバネ５７ａ
を介して前記背面電極５２を所定位置に位置決め固定さ
せる支持板である。次にかかる装置の作用を簡単に説明
するに、トナー容器５１内に収納された磁性トナーはド
クターブレード５１ｂにより層厚規制した後制御グリッ
ド５３と対面する現像位置に導かれ、一方該現像位置で
は背面電極５２側に設けた電源回路５４により前記現像
ローラ５０と背面電極５２間に現像電界を印加する。

【０００３】そしてこの状態で、制御回路５５及び駆動
回路５６よりの信号に基づいて該制御グリッド５３をＸ
−Ｙ軸方向に通電制御することにより、該マトリックス
状のトナー通過孔５３ａに作用する現像電界を画像情報
に対応させて選択的に遮断若しくは導通させる事により
前記背面電極５２表面に画像情報に同期させて記録材５
８を挿通させる事により、前記トナー通過孔５３ａを介
して画像情報に対応したトナーが現像ローラ５０より記
録材５８側に転送されながら所定の画像形成が可能とな
る。

【０００４】従ってかかる技術は前記制御グリッドのト
ナー通過孔内にトナーを通過させながら、画像情報に対
応したドットパターンを記録紙上に形成する構成を取る
ために、而も前記制御グリッドやトナー通過孔の周囲に
は絶縁層が被覆されているために、これらの部位とトナ
ー間で生じる摺擦により該トナーが静電気的に吸着し、
トナーの円滑な通過を妨げたりして記録紙上に形成され
る画像パターンに乱れを生じさせる。

【０００５】かかる欠点を解消するために本出願人は先
に、非画像形成時に前記制御グリッドに変動電圧を印加
する事によりトナーに電気振動を付与し、背面電極を通
過する記録紙上に前記トナーを落とすようにした技術、
又前記制御グリッドにトナーの帯電電位と同極性の電圧
を印加するとともに逆バイアスの現像電界を印加してト
ナーを現像ローラ側に引戻すように構成した技術を提案
している。（特開平３−１６８７６７号）

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って前記従来技術は
いずれも電界的に制御グリッドに付着したトナーの剥離
を行なおうとするものであるが、摩擦帯電により吸着し
たトナーを電界のみの力で剥離するのは中々困難であ
る。又前記付着トナーは現像ローラと対面する側に多く
付着しているが、これを電界のみの力で重力に抗して現
像ローラ側に引戻す事は中々困難である。この為前記制
御グリッドに吸着したトナーを機械的に除去するのが好
ましいが、現像ローラと制御グリッド間は極めて狭小な
為に、機械的除去を行なおうとすると前記グリッドを現
像位置から引出さねばならず、メインテナンス作業が煩
雑化する。

【０００７】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、制
御グリッドの目詰まりが生じた場合でも円滑に而もメイ
ンテナンス作業が煩雑化する事なくこれを除去し、これ
により画像乱れが生じる事なく精緻で且つ鮮明な画像形
成を可能とする画像形成装置を提供する事を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明はトナー穂を有効に
利用して制御グリッドを外部に引出す事なく、現像位置
に配置させた状態で、クリーニングを行なえるようにし
た点に有り、その特徴とするところは、トナーと逆極性
に帯電され、且つ粒径も大なるキャリアを有する二成分
現像剤を用いるとともに、前記トナー搬送体の背面側に
は、非画像形成時に制御グリッドに付着したトナーを前
記トナー層へ回収するのを助けるために前記トナー搬送
体上のトナーを活性化するトナー活性化手段を配し、該
活性化手段により制御グリッド表面をトナー穂が接触可
能な位置まで穂立てを行ないつつ該トナー搬送体の移動
により前記トナー穂が制御グリッド表面を摺擦可能に構
成した点に有る。

【０００９】この場合従来の様に、上方より順次トナー
搬送体、制御グリッド、及び背面電極を配設すると、前
記摺擦により剥離したトナーが再度制御グリッド面に再
付着したり、又その一部が背面電極側に落下し、背面電
極表面を汚染してしまう。そこで本発明はトナー搬送体
が最下面側に位置するごとく、上方よりより順次背面電
極、制御グリッド、及びトナー搬送体を間隔配置させて
いる。

【００１０】また、本発明は、前記穂立てしたトナーと
ともにキャリア穂が制御グリッド１２表面を摺擦し、制
御グリッド１２より浮き状態にある付着トナーを搬送ロ
ーラ側に落下、引戻しを行なうが、この際前記キャリア
３０はトナーと逆極性に帯電され且つ粒径も大な為に、
キャリアが活性化することにより前記活性化手段より制
御グリッド側にキャリアが位置するので、トナーの記録
剤側への飛翔を引き戻す力が前記活性化手段より大きく
作用し、画像形成時制御グリッド１２側にキャ リアが飛
翔する事がなく、摺擦によるトナー除去効果も大とな
る。この場合、前記制御グリッドにトナーの帯電電位と
同極性の電圧を印加するとともに逆バイアスの現像電界
を印加してトナーをトナー搬送体側に引戻すように構成
する等の電界的クリーニング手段により、本発明の効果
が一層増進する。

【００１１】尚、前記トナー活性化手段は磁性トナーを
用いた装置においてはＯＮ／ＯＦＦ制御可能な電磁石体
で形成する事により、クリーニングの必要なときに簡単
に前記トナー穂の形成を可能にすることが出来る。

【００１２】又前記トナー穂を制御グリッド表面に近接
させて穂立てを行ないながら画像形成を行なうと、より
鮮明な画像形成が可能となる。そこで本発明は前記電磁
石体をＯＮ／ＯＦＦ制御とともに、トナー穂が接触／非
接触可能に前記電磁石体の磁界強さを可変制御可能に構
成している。

【００１３】なお後記実施例にはトナー搬送体にベルト
体を用いているが、これのみに限定されず、現像ローラ
をも含む。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示
的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている
構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に
特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１
は本発明の基本作用を説明する画像形成装置の概略構
成、図２はその制御電圧の状態を示す要部拡大図であ
る。記録紙の流れ方向に沿ってその構成を簡単に説明す
るに、１は給紙カセット、２は該給紙カセットより記録
紙を搬送路側に記録紙を給紙する給紙ローラ、３はレジ
ストローラ、４は背面電極板１１、制御グリッド１２、
トナー搬送ベルト１３を含む画像形成ユニット、６は定
着ローラ対、７は分離爪、８は反転ガイド、９は排紙ロ
ーラ、１０は排紙トレーである。

【００１５】画像形成ユニットは、前記記録紙搬送路を
挟んで上方より背面電極板１１と制御グリッド１２を、
更に該制御グリッド１２の下方に一対のローラ１４、１
５により張架されたトナー搬送ベルト１３を夫々微小間
隔存してほぼ水平方向に平行に配設すると共に、前記搬
送ベルト１３の上面側を除くベルト１３周囲をトナー容
器１６により囲繞している。

【００１６】前記搬送ベルト１３はベルト搬送方向下流
側にはバネ１７が付勢されたテンションローラ１４と、
又上流側にはトナー担持ローラ１５とにより張架されて
おり、そして該ベルト１３を介して制御グリッド１２と
対面するベルト１３平面部位１３ａ背面側には、導電性
の現像電極板１８とその下側にスイッチ２０Ａ（図２）
操作によりＯＮ／ＯＦＦ制御及び印加電圧を可変可能な
電磁石板２０が配設されている。

【００１７】一方前記テンションローラ１４にはベルト
１３を挟んでクリーニングローラ２１が、又トナー担持
ローラ１５側には一対の磁石ローラからなるトナー供給
ローラ２２、２３が配設されている。

【００１８】次に前記各部材とその作用について詳細に
説明する。先ず、前記トナー容器１６内に収納されてい
るトナーがマイナスに帯電可能な一成分磁性トナーであ
る場合において、トナー搬送ベルト１３はポリイミド、
ポリエチレン等の低誘電率からなる無端状絶縁ベルト１
３で形成され、矢印方向に周回可能に構成されている。

【００１９】トナー担持ローラ１５は固定磁石集成体２
４が内包された非磁性スリーブにより形成されており、
前記磁石集成体２４を利用してトナー供給ローラ２２、
２３より供給されたトナーを挟持させた後、ドクタブレ
ード２５により層厚規制を行ない、該層厚規制されたト
ナー層が前記搬送ベルト１３を利用して制御グリッド１
２と対面する現像位置に導かれる。現像位置では図２に
示すように導電性の現像電極板１８が接地され、画像形
成動作時に、前記背面電極板１１にトナーの帯電電位と
逆極性の現像バイアスＶｉが印加するとともに、制御パ
ルス信号１２Ａに基づいて制御グリッド１２をＸ−Ｙ軸
方向に通電制御することにより、該マトリックス状のト
ナー通過孔１２ａに作用する現像電界を画像情報に対応
させて選択的に遮断若しくは導通させる事が出来、これ
によりレジストローラ３を介して前記背面電極１１表面
に挿通された記録紙に、前記トナー通過孔１２ａを介し
て搬送ベルト１３より転送されたトナーが付着し、所定
の画像形成が可能となる。

【００２０】この場合制御グリッド及び背面電極ととも
に搬送ベルトの平面部位がこれらの部材と平行で且つ平
面状に形成しているために、現像幅を前記平面部位と同
等に設定出来、これにより画像鮮明度の向上と記録速度
の高速化が可能となる。

【００２１】一方前記現像電極板１８の背面側に位置す
る電磁石板２０は画像形成動作時はスイッチ２０ＡをＯ
ＦＦ状態を維持しておいてもよいが、好ましくは弱い電
圧を印加して搬送ベルト１３上に、制御グリッド１２表
面に非接触の状態でトナー穂を立てる事により、より鮮
明な画像形成が可能となる。

【００２２】そして前記現像終了後搬送ベルト１３上に
残留されたトナーはテンションローラ１４に当接してい
るクリーニングローラ２１でトナー容器１６内に引戻さ
れ、以下前記動作を繰り返す。尚、クリーニングローラ
２１はファーブラシ状のブラシローラで形成してもよ
く、又電界的に引き剥がす導電ローラで形成してもよ
い。

【００２３】そして前記画像形成動作の繰り返しによ
り、制御グリッド１２の搬送ベルト１３と対面する側に
トナーが付着した場合は、非画像形成時に、スイッチ１
２Ｂを切換えて前記制御グリッド１２にトナー帯電電位
と同極性の電圧１２Ｃを印加して付着トナーの剥離を促
すと共に、電磁石板２０を電圧強側にスイッチ２０Ａを
切換えて、搬送ベルト１３上のトナー層を制御グリッド
１２表面を接触可能に穂立てを行ない、この状態で搬送
ベルト１３を周回させる事により、前記トナー穂が制御
グリッド１２表面を摺擦し、トナーと同電位の電圧１２
Ｃの印加により制御グリッド１２より浮き状態にある付
着トナーを搬送ローラ側に落下、引戻しを行なう。この
際スイッチ１１Ａ操作により前記現像バイアスの電位を
切換え可能に構成し、背面電極１１との間の現像バイア
スもトナーを引戻す方向に働かすことにより、前記の引
戻しが一層円滑に行なわれる。

【００２４】さて前記装置に用いるトナーは磁性一成分
トナーで、粒径が５〜２０μｍと極めて小さい為に、例
え該トナーを穂立てを行ないグリッド１２の摺擦を行な
っても必ずしも円滑なクリーニングが行なわれない場合
がある。この様な場合は磁性二成分現像剤を用いるのが
よい。

【００２５】図３は、かかる二成分現像剤を用いる本発
明の実施例に係る画像形成装置で、前記実施例との差異
を中心に説明するに、トナー容器１６は、トナー収容部
１６１とキャリアとトナーが収容された容器本体１６２
からなり、トナー収容部１６１はテンションローラ１４
と対面する容器１６内に仕切壁１６３を設け容器本体１
６２間と分離するとともに、該仕切壁１６３下側に設け
たスリット開口に補給ローラ１６４を配し、図示しない
センサよりの信号に基づいて容器本体１６２内のキャリ
ア／トナー配合比（トナー濃度）が低下する毎に前記補
給ローラ１６４が回転し、常に適正濃度比に維持される
よう構成されている。

【００２６】又前記トナー担持ローラ１５側にはトナー
供給ローラとも機能する撹拌ローラ２２、２３が配設さ
れており、容器本体１６２内のキャリア／トナー配合比
を均一濃度に維持させる。

【００２７】図４は本実施例の現像剤に用いるキャリア
３０の実施例を示す模式図であり、磁性体３１がバイン
ダー樹脂３２中に均一に分散されてなるキャリア母粒子
の表面にトナーと逆極性のプラス帯電しやすく、而も耐
摩耗性の高いコーティング層３３を被覆している。

【００２８】尚、前記磁性体３１には、マグネタイト
（Ｆｅ₃Ｏ₄）、フェライト（Ｆｅ₂Ｏ₃）、バインダ樹脂
３２としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル
系樹脂、ポリエルテル系樹脂等をカーボンブラック等を
用いて着色したものを用いる。そして該キャリアの粒径
は、５０〜１００μｍとトナー粒径より３〜１０倍前後
に設定するのがよい。

【００２９】かかる実施例によれば、制御グリッド１２
の搬送ベルト１３と対面する側にトナーが付着してクリ
ーニングを行なう際は、非画像形成時に、前記制御グリ
ッド１２にトナー帯電電位と同極性の電圧を印加して付
着トナーの剥離を促した後、電磁石板２０をＯＮし、搬
送ベルト１３上に搬送されたトナーとともにキャリアを
制御グリッド１２表面を接触可能に穂立てを行ない、こ
の状態で搬送ベルト１３を周回させる事により、前記穂
立てしたトナーとともにキャリア穂が制御グリッド１２
表面を摺擦し、制御グリッド１２より浮き状態にある付
着トナーを搬送ローラ側に落下、引戻しを行なうが、こ
の際前記キャリア３０はトナーと逆極性に帯電され且つ
粒径も大な為に、画像形成時制御グリッド１２側にキャ
リアが飛翔する事がなく、摺擦によるトナー除去効果も
大となる。

【００３０】

【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、制御
グリッドの目詰まりが生じた場合でも円滑に而もメイン
テナンス作業が煩雑化する事なくこれを除去し、これに
より画像乱れが生じる事なく精緻で且つ鮮明な画像形成
を可能とする。また、本発明は、キャリアがトナーと逆
極性に帯電され且つ粒径も大な為に、キャリアが活性化
することにより前記活性化手段より制御グリッド側にキ
ャリアが位置するので、トナーの記録剤側への飛翔を引
き戻す力が前記活性化手段より大きく制御グリッド側の
トナーに作用し、画像形成時制御グリッド側にキャリア
が飛翔する事がなく、摺擦によるトナー除去効果も大と
なる。 また、上方より順次トナー搬送体、制御グリッ
ド、及び背面電極と配設しているので、前記摺擦により
前記制御グリッドから剥離したトナーはトナー搬送体上
に落下し、再度制御グリッド面に再付着したり、又その
一部が背面電極側に落下し、背面電極表面を汚染してし
まうことがない。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の基本作用を説明する画像形成装置の
概略構成図である。

【図２】 図１の要部拡大図である。

【図３】 二成分現像剤を用いる本発明の実施例に係る
画像形成装置の全体構成図である。

【図４】 図３の装置に用いるキャリアの模式図であ
る。

【図５】 先願の画像形成装置概要図である。

【符号の説明】

１１ 背面電極板 １２ 制御グリッド １３ トナー搬送ベルト ２０ 電極石板

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーと逆極性に帯電され、且つ粒径も
   大なるキャリアが収容された容器と、電磁気的に開閉可
   能なトナー通過孔群を略マトリックス状に配列してなる
   制御グリッドを介して、制御グリッドとの対面位置に前
   記キャリアに付着状態で搬送されるトナーを導くトナー
   搬送体と、表面を記録材が移動可能な背面電極とを対面
   配置してなる画像形成装置において、前記 トナー搬送体の上方に制御グリッドが位置するごと
   く、上方より順次背面電極、制御グリッド、及び前記ト
   ナー搬送体を間隔配置すると共に、 前記トナー搬送体の背面側には、非画像形成時に制御グ
   リッドに付着したトナーを前記トナー層へ回収するのを
   助けるために前記トナー搬送体上のトナーを活性化する
   活性化手段を配し、 該活性化手段により制御グリッド表面を前記トナー穂が
   接触可能な位置まで前記トナーの穂立てを行ないつつ前
   記トナー搬送体の移動により前記トナー穂が制御グリッ
   ド表面を摺擦してトナーを回収するように構成した事を
   特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 磁性トナーを用いた請求項１記載の画像
   形成装置において、前記トナー活性化手段をＯＮ／ＯＦ
   Ｆ制御可能な電磁石体で形成し、非画像形成時前記電磁
   石体をＯＮとしてトナーを回収するようにした事を特徴
   とする画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記トナー穂を制御グリッド表面に接触
   ／非接触可能に前記電磁石体の磁界強さを可変制御可能
   にし、非画像形成時に前記電磁石体を強くして制御グリ
   ッド表面に接触させるトナー穂を形成し、画像形成時に
   前記電磁石体を弱くして制御グリッドとは非接触にする
   ように構成したことを特徴とする請求項２記載の画像形
   成装置。