JP2911045B2

JP2911045B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2911045B2
Application number: JP1309542A
Authority: JP
Inventors: ラーソンオーベ; 孝澄和田; 昌幸利根; 英全相羽; 圭司厳島
Original assignee: OOBE RAASON PURODAKUSHON AB; Kyocera Corp
Current assignee: OOBE RAASON PURODAKUSHON AB; Kyocera Corp
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1999-06-23
Anticipated expiration: 2014-06-23
Also published as: JPH03168766A

Description

【発明の詳細な説明】「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関する。

「従来の技術」従来より原稿像若しくは画像情報に対応したドットパ
ターン状の変調光を利用して感光体ドラムその他の潜像
担持体に担持させた静電潜像を、現像器を利用して可視
像化した後、該可視像化したトナー像を普通紙に転写さ
せるようにした電子写真装置は公知であり、プリンタ、
複写機その他の画像形成装置に多用されている。

しかしながらかかる電子写真装置は潜像形成手段を介
してトナー像を記録材に転写せしめる事を基本とするた
めに、画像情報を光情報に変換する手段、潜像担持体、
転写手段等に加えて前記潜像担持体に付着している残存
トナーを除去する手段、該潜像担持体に書込まれたトナ
ーの除去や再帯電させる手段を必要とし、装置構成が極
めて煩雑化するのみならず、前記各種手段を潜像担持体
として機能する感光体ドラム周囲に配設せねばならず、
結果として装置大型化につながる。

かかる欠点を解消するために、静電記録紙を用い、列
状に配列した針電極を直接前記記録紙に接触させて、該
針電極に選択的に高電圧を印加させながら、前記記録紙
に静電潜像を担持させた後、該記録紙を現像器によりト
ナー像を付着させて可視像化する静電記録装置、更には
空気中でコロナ放電を起こす発生源と静電記録紙との間
に、主走査方向に多数の微小孔を有する制御電極を配
し、該制御電極により前記発生源よりのイオンの流れを
制御しながら前記静電記録紙に潜像を形成するように構
成したイオン流型静電記録装置も存在する。

しかしながらこれらはいずれも静電記録紙を用いなけ
ればならず、汎用性にかけるのみならず、静電潜像を形
成する点においては前記電子写真方式と変りがなく而も
潜像形成工程と現像工程とを別体に構成せねばならない
為に、尚装置の小型化を図る上で限界がある。

この為、普通紙を用いて而も潜像を形成する事なく直
接トナー像を記録材上に形成可能な各種装置が種々開発
されている。

例えば特公昭60−45430号において、夫々通電制御可
能な複数の貫通穴をマトリックス状に配列したスクリー
ン状部材を導電性インク液面に対し配設し、前記制御電
極と導電性液面との間に情報信号に応じた電圧を選択的
に印加して、対応する貫通孔内に前記導電性インクを選
択的に導入させた後、該スクリーン状部材を記録材表面
に接触させて画像転写を行う画像形成装置が提案されて
いるが、かかる装置においてもスクリーン部材へのイン
ク担持工程と画像転写工程を必要とするのみならず、液
状インクを用いる構成ではドットが微小化した鮮明画像
の形成が不可能である。

又いわゆる乾式トナーを用いる方式として、例えば実
公昭52−7208号において、後記するスクリーンにトナー
を供給するトナー容器と、多数の孔によって所望の印刷
パターンが形成された第１電極であるスクリーンと、こ
れに対向配置された第２電極とを有し、前記両電極間に
直流高電圧を印加しながら記録材を挿入する事により画
像形成を行う装置も提案されているが、かかる装置にお
いてもあらかじめ所望の印刷パターンが形成されている
スクリーンを用いる為に形成される画像パターンが大き
な制約を受け、一般的に数字やアルファベット以外の画
像形成を行う事が不可能である。

この為長年に亙り前記画像形成装置全ての欠点を解消
し得る装置の開発が望まれていたが、最近においてスエ
ーデン国特許願第8704883号（公開日1989年６月９日）
にて前記目的に合致する画像形成装置が提案された（以
下基本技術という）。

第６図はかかる基本技術の基本構成図で、電磁気的に
トナーを薄膜状に保持したスリーブ状のトナー担持体１
と、該トナー担持体１に対向配置された背面電極２との
間にマトリックス状の制御電極３を配し、該制御電極３
をＸ−Ｙ軸方向に通電制御することにより、該マトリッ
クス間の空孔3a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可能に構成し、これによ
り前記背面電極２表面に配した記録紙４上に前記制御電
極３内の空孔3aを介して画像情報に対応したトナーの転
移が可能となる。

そして更に前記記録紙４を前記トナー担持体１を形成
するスリーブの軸方向と直交する方向に移動可能に構成
する事により、言い換えれば前記両電極とトナー担持体
１を利用して主走査方向に一列若しくは複数列状に形成
した帯状画像と、副走査方向に搬送される記録材とを組
合せて所定面積の広域画像形成が可能となるものであ
る。

即ち、本基本技術における現像方式について電子写真
方式との対比の上でより詳細に説明するに。

例えば公知の電子写真方式における現像方式は、画像
情報に対応する静電潜像を担持させた潜像保持体と、電
磁的若しくは静電的にトナー層を薄膜状態で担持させる
トナー担持体とを僅少間隔で対峙させた状態で、両者間
を矢印方向に相対移動させながら、例えば摩擦帯電その
他により前記潜像と逆極性の電荷を注入したトナーを前
記保持体表面の電荷形成部に選択的に付着させる方法
（正規現像）と、前記潜像と同極性の電荷を注入したト
ナーを前記保持体表面の非電荷形成部に選択的に付着さ
せる方法（反転現像）とが存在するが、いずれも潜像担
持体側に画像情報に対応した電荷若しくは非電荷形成部
が選択的に形成した点を特徴とするものである。

一方、本基本技術における現像方式は、トナー担持体
１と背面電極２との間に現像電界を形成するという点に
ついては、前記電子写真方式と同一であるが、前記電子
写真方式と異なり背面電極２には一律に現像電圧を印加
しておき、該両部材間に、空孔3aを略マトリックス状に
形成した制御電極３を配し、該制御電極３をＸ−Ｙ軸方
向に通電制御することにより、該空孔3a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、これにより前記空孔3aを介して背面電極２表面に
配した記録紙４上にトナーを転移させる事が可能となる
ものである。

例えば第６図（ａ）に示すようにトナーが負の極性の
場合、トナー担持体１側を0V（接地）、背面電極２側を
＋V₀に設定する事により、背面電極２側へのトナーの転
移が可能になる現像電界が形成される訳であるが、この
際前記現像間隔のほぼ中間に位置する制御電極に印加さ
れた制御電圧が＋1/2 V₀の場合は前記現像電界に何等影
響を与えず、背面電極２全面に現像力が付与される事と
なる。

しかしながらこの状態では前記制御電圧とトナーが逆
極性の為に、制御電極にトナーが直接付着し、記録紙側
へのトナー転移が不可能になる。

そこで例えば第６図（ｂ）に示すように前記トナーと
同極性の弱い制御電圧−V₁を印加した場合においては、
該制御電圧に起因して電極周囲における現像電界に歪を
受けるが、該電極から離れた空孔3a部分については、現
像電界が背面電極２側まで導通し、背面電極２上に位置
する記録紙にトナーが付着する事となる。（以下この制
御電圧をオープン電圧−V₁という）そして更に前記制御電圧の強度を大にしていくことに
より第６図（Ｃ）に示すように前記トナーと同極性の弱
い制御電圧−V₂を印加した場合においては、該制御電圧
の増加に比例して電極周囲に発生する逆電界が一層大に
なり、該逆電界により前記空孔3a部分が閉鎖され、トナ
ーは逆にトナー担持体１側に引戻される方向に力が働く
事になる。（以下この制御電圧−V₂をクロス電圧−V₂と
いう）従って画像情報に対応させて前記空孔3a周囲を囲繞す
るＸ−Ｙ軸線にオープン電圧−V₁とクロス電圧−V₂を選
択的に印加させる事により、背面電極２表面に配した記
録紙４上に前記オープン電圧−V₁が印加された空孔3aを
通過したトナーがドットパターン状に転移させる事が出
来る。

「発明が解決しようとする技術的課題」しかしながら前記基本技術は理論的には極めて優れた
ものであるが、実用化を図る上で種々の問題が有る。

即ち本基本技術は前記したように現像電界が形成可能
なトナー担持体１と背面電極２間の狭小空隙（例えば数
百μｍ）内に制御電極３と記録紙４を介在する構成を取
るために、而も制御電極３と背面電極２間は、記録紙に
多少の紙厚のバラツキの厚みに加えてトナー担持体１に
担持されたトナー層1aの膜厚を考慮して多少の余裕度を
もって設計しなければならない為に、結果として前記制
御電極３とトナー担持体１間が極めて微小空隙となって
しまう。

而も、前記微小空隙で対峙しているトナー担持体１と
制御電極３間には前記現像電界を制御する制御電圧が印
加されているために、高湿度下により耐電圧が低下した
場合、前記トナー担持体１と制御電極３間で漏電若しく
はリークが生じ画像形成が不可能になってしまう場合が
ある。

又前記トナーを導電材で形成した場合は、該トナーが
導電性部材として架橋して前記画像形成が全く不可能に
なってしまう。

更に前記基本技術においては制御電極に設けた空孔3a
をより小径に形成し、記録紙上の画像ドットパターンの
高密度化を図った場合において、而も前記したようにオ
ープン電圧−V₁はトナーと同極性の為に前記空孔3aのト
ナー通過域はより小径化してしまい、結果としてドット
が痩せた、言い換えれば網点濃度の薄い画像が形成され
てしまう事になる。

本発明はかかる基本技術の技術的課題に鑑み、本基本
発明に最も適した現像方式を組込んだ画像形成装置を提
供する事を目的とする。

又本発明の他の目的は、十分なる画像濃度と、鮮明画
像を達成し得る画像形成装置を提供する事にある。

次に前記目的を達成し得る発明を請求項に従って順を
追って説明するが、請求項１に記載された「通電制御に
より画像情報に対応したトナー通過空孔3aを形成するト
ナー通過手段」とは一般に前記制御電極３に対応する
が、必ずしも前記制御電極３のみに限定されるものでは
なく、例えば複数の電極の組合せにより前記作用を営む
ものも含む。（以下該通過手段を例示的に制御電極３と
言う言葉で説明する。）又各請求項に記載された記録紙も必ずしも記録紙４の
みに限定されるものではなく、樹脂フィルム等も含むが
これも例示的に記録紙４と言う言葉で説明する。

「課題を解決する為の技術手段」先ず、請求項１に記載した発明においてはトナー担持
体１と制御電極間での漏電若しくはリークを防止しつ
つ、円滑な現像を保証する為に、トナー担持体１を導電
材で形成するとともに、少なくとも前記トナー通過手段
と対面する表面を絶縁層で形成した事を第一の特徴とす
るものである。

即ち本発明によれば、トナー担持体１が導電性部材で
形成されている事は該担持体１側を接地、背面電極２側
を＋V₀に設定する事により、前記した現像電界が形成さ
れるとともに、該担持体１の表面層は絶縁されている為
に、制御電極とトナー担持体１間が漏電若しくはリーク
する恐れはない。

この場合前記トナーを導電材で形成した場合は制御電
極側も表面層を絶縁する必要があるが、使用トナーが絶
縁トナーの場合、トナー担持体１側のみを絶縁層で形成
する事により前記目的が達成され、従って「制御電極側
の表面層を絶縁する事」は必ずしも本発明の必須要件で
はない。

又前記トナー担持体１の表面層を絶縁する事は後記実
施例に示すように、該担持体１の接地をOFFにすること
により結果として該担持体１の電位を無限大にすること
が出来、これにより制御電極をOV（接地）にした場合と
該制御電極と背面電極２間で現像電界が形成出来、この
結果制御電極の空孔3aに付着したトナーを、非印字時に
おいて背面電極２上を通過する記録紙に落とす事が出
来、制御電極のクリーニングが容易になる。

一方請求項１に記載した発明の第二の特徴は、制御電
極内の空孔3aを画像ドットパターンの高密度化を図るた
めに、より小径化した場合においてもトナー通過を円滑
に保証し、十分なる画像濃度と鮮明画像を得る為に、一
成分磁性トナーを用い、該トナーによりトナー担持体１
上にトナー穂９を形成すると共に、前記トナー穂９が少
なくとも記録媒体中へのトナー転移動作中に、前記制御
電極表面を接触させるように構成したことにある。

この結果オープン電圧−V₁の印加により、トナーが通
過可能に電界が形成された空孔3a内に強制的にトナー穂
９が侵入し、十分なる画像濃度を有するドットパターン
の形成が可能となる。

この場合、請求項２に記載のように、前記トナー担持
体１と背面電極２間に形成する現像電界を、極性が正負
に振れる交番電界で形成する事により、トナーが一方向
の転移ではなく前記現像間隔で揺動しながらトナー付着
が可能となる為に、より鮮明画像の形成と空孔3a内への
トナー付着を防止出来る。

「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。

第２図は本発明の実施例に係る画像形成装置を示す全
体構成図で、記録紙４搬送路上に沿ってペーパカセット15と給紙ロ
ーラ16からなる給紙手段、レジストローラ17、挿入ガイ
ド６、第１図に詳述する画像生成部10、搬送板７、及び
定着ローラ対18から構成され、前記給紙ローラ16により
ペーパカセット15より給紙された記録紙４はレジストロ
ーラ17の入口端で待機した後、制御電極３の通電制御時
期とタイミングを取って、搬送ガイド６を介して画像生
成部10内に送られる。

そして該画像形成部内で後記するように画像情報に対
応した未定着トナー像を担持させた記録紙４は、搬送板
７を介して定着ローラ対18に挿入され画像定着が行われ
る。

画像生成部10は、着脱可能なユニット体10Aと該ユニ
ット体10Aに対面配置され、装置本体側に装着された背
面電極２からなる。

ユニット体10Aは下面側に帯状開口21を形成したトナ
ー容器８と、前記帯状開口21と対面させてトナー容器８
内に配設したトナー搬送ローラ（トナー担持体１）と、
前記トナー容器８の底面とほぼ面一に張設した制御電極
３とからなり、これらを一体的に軸止若しくは固定して
ユニット化を図るとともに、該ユニット体10Aを背面電
極２と離接するほぼ垂直方向に抜出可能に構成する。

次にこれらの各部材について詳説するに、トナー容器
８は内部に一成分磁性トナーを収納すると共に、前記搬
送ローラ１と対面する内壁面にドクターブレード22を設
ける。又前記容器８の底面の記録紙４搬送方向進入側に
は、前記帯状開口21と隣接させて薄肉のナイフエッジ状
のスペーサ23がほぼ記録紙４最大幅に亙って固設されて
おり、該スペーサ23により記録紙４のガイド規制を行
う。そして更に該スペーサ23上流側の底面角隅部はＲ状
に湾曲させ、搬送ガイド６との間で、進入方向に進むに
連れ徐々に狭幅化された楔状ガイド空間を形成する。

トナー搬送ローラ１は、現像スリーブ1aと該スリーブ
内に内包させた固定磁石集成体1bからなり、前記現像ス
リーブ1aを表面をアルマイト処理若しくは絶縁層を被覆
したアルミ筒（非磁性筒）で形成すると共に、該現像ス
リーブ1aをスイッチ50を介して接地させる。

制御電極３は第４図（ａ）に示すように長手方向
（Ｘ）に延在する複数本のＸ軸線X1,X2……と、該通電
線に対し所定角度傾斜させて狭幅に平行に延設する各一
対のＹ軸線Ya1,Ya2……からなり、これらを表裏両面よ
り絶縁性の薄層フィルム、例えばFPCにより挟着すると
共に、前記各対のＹ軸線とＸ軸線に挟まれる部位に貫通
孔を穿孔し、トナー通過用空孔3aとなす。

通電制御回路38はホスト側よりの画像情報に対応させ
て後記する制御電圧（−V₁、−V₂）をパルス状に生成可
能に構成すると共に、該X1、X2線……に印加する制御電
圧を、第４図（ｂ）に示すように記録紙４の挿通速度と
対応させてを順次時間差をもって通電させる事により、
前記空孔3aを通過して記録紙上に形成されるドット状の
トナーパターンは結果として１列状になり、この結果前
記Ｙ軸線幅を特に密にしなくても記録紙４上に密なるト
ナードットパターンの形成が可能となる。

背面電極２は、その本体2aを前記制御電極３と平行ス
リット間隙を介して対峙可能に帯状平板状の導電性部材
で形成すると共に、該導電性部材に現像電圧生成用電源
を接続し極性が正負に振られる交流若しくはパルス状の
交番電圧を印加可能に構成する。

次に本実施例の現像動作について第３図に基づいて説
明する。

先ず現像スリーブ1aを接地させて前記背面電極２と現
像スリーブ間の現像間隔に交番電界を形成した状態で、
該スリーブ1aを矢印方向に回転させる事により、トナー
容器８内でトナー同士の摩擦帯電により電荷が注入され
たトナーを固定磁石集成体1bの磁気保磁力を利用してス
リーブ1a上に担持させつつ、ドクターブレード22により
層厚規制を行った後、現像位置に搬送される事になる。

第３図に示すように現像位置では内包する固定磁石集
成体によりスリーブ上にトナー穂９を形成すると共に、
該トナー穂９が制御電極表面を摺擦しながら下流側に移
動する。

この状態で前記通電制御回路38側より画像情報に対応
させてパルス状の制御電圧（−V₁、−V₂）を第４図
（ｂ）に示すように印加する事により、オープン電圧−
V₁が印加された空孔3a内に強制的にトナー穂９が侵入し
ながら、レジストローラによりタイミングを取って背面
電極２表面に挿通された記録紙上に前記画像情報に対応
したトナードットパターンが形成される。

この場合、前記背面電極２に印加される現像電圧は、
正負に振れる交流電圧である為に、前記現像間隔でスリ
ーブ側に引戻しながら記録紙上にトナーが付着され、よ
り鮮明画像の形成と空孔3a内へのトナー付着が防止出来
る。

尚、前記、スリーブの表面はアルマイト処理等により
絶縁されている制御電極との間でリークや漏電が生じる
事はない。

そして適宜枚数の記録紙への画像形成後、前記スリー
ブに接続されているスイッチ50をOFFにし、その電位を
無限大に設定するとともに、制御電極を切換えスイッチ
51により接地側に切換えた後、記録紙を挿通しながら背
面電極２に現像電圧を印加する事により、制御電極の空
孔3aに付着したトナーを記録紙に落とし、該制御電極の
クリーニングを行う事が出来る。

「効果」以上記載した如く本発明によれば、本基本技術に最も
適した現像方式を提供し得ると共に、制御電極の空孔を
小径化して画像パターンの高密度化を図った場合におい
ても、十分なる画像濃度と鮮明画像を達成し得る。等の
種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の実施例に係る画像形成装置
で、第２図は全体構成図、第１図はその要部である画像
生成部の横断面図、第３図はその現像部分の拡大図、第
４図（ａ）は制御電極を示す要部正面図、（ｂ）はその
通電信号を示す作用図、第５図及び第６図（ａ）（ｂ）
（ｃ）は本発明が適用される基本発明を示す概略構成図
とその現像制御状態を示す作用図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者利根昌幸東京都世田谷区玉川台２丁目14番９号京セラ株式会社東京用賀事業所内 (72)発明者相羽英全東京都世田谷区玉川台２丁目14番９号京セラ株式会社東京用賀事業所内 (72)発明者厳島圭司東京都世田谷区玉川台２丁目14番９号京セラ株式会社東京用賀事業所内 (56)参考文献特開昭63−139752（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−124672（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−218873（ＪＰ，Ａ) 特公昭58−39673（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B41J 2/385

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】通電制御により画像情報に対応したトナー
通過空孔を形成するトナー通過手段を挟んで、トナー担
持体と対面電極を配置し現像電圧を印加可能に構成する
とともに、前記対面電極表面に沿って記録材を移動させ
ながら、前記通過手段を介してトナー担持体より記録媒
体上にトナーを選択的に転移可能に構成した画像形成装
置において、トナー担持体を導電材で形成するととも
に、該導電材の、少なくとも前記トナー通過手段と対面
する表面を絶縁層で形成し、更に、前記トナーに一成分磁性トナーを用い、該トナー
によりトナー担持体上にトナー穂を形成すると共に、前
記トナー穂が少なくとも記録媒体中へのトナー転移動作
中に、前記制御電極表面を接触させるように構成したこ
とを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記トナー担持体と背面電極間に形成する
現像電界が、極性が正負に振れる交番電界である請求項
１記載の画像形成装置。