JP3263458B2 - 記録用電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンター、
プロッター、ファクシミリなどに利用し得る記録用電極
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アパチャーを有した電極に画像信
号を印加することにより、トナー粒子のアパチャー通過
を制御して支持体上に画像を得る画像記録装置は、米国
特許第３６８９９３５号明細書で提案されている。この
画像記録装置は、絶縁体の層を挟んで一方の面に形成さ
れる連続したシールド電極と、他方の面に形成される互
いに絶縁された複数の制御電極とを有し、各絶縁された
複数の制御電極毎に３層を貫いて少なくも１列のアパチ
ャを有しているアパチャ電極体と、制御電極とシールド
電極との間に選択的に電位を与える手段と、印加された
電位によってアパチャを通るトナー粒子の流れが変調さ
れるように帯電したトナー粒子を供給する手段と、支持
体とアパチャ電極体が相対的に移動し、支持体を粒子流
路中に位置決めする手段とから構成されている。

【０００３】これに対し特願平４−２５４４９４号の出
願では、アパチャ電極体とトナー担持体とを接触させ、
かつトナー担持体とアパチャー電極体のトナー担持体と
は反対側に設られた制御電極間に形成される電界によっ
てトナー流を制御するように構成された画像記録装置が
提案され、それによればアパチャーの穴詰まりが発生せ
ず、制御電圧の効率がよく、且つ画像形成速度を従来よ
り格段に速くすることができた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たようなトナー担持体とアパチャー電極体を接触させ、
かつ接触部分が摺動している様な画像記録装置は、担持
体上のトナーがアパチャーとは直行方向の運動ベクトル
を持っているため、トナー流となってアパチャーを通過
する際、後で詳しく述べる様に運動ベクトルの慣性が悪
影響して制御性が悪くなり高精細な記録を得られないと
いった問題があった。特に、１０ｐｐｍといった実用的
な記録速度を達成しようとした場合、アパチャーに対す
るトナーの供給量を満足させるため前記担持ローラの周
速は２００ｍｍ／ｓ以上と大きくせねばならず、担持体
上のトナーに与えられる速度ベクトルの慣性力は無視で
きない。

【０００５】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、トナー流の制御性がよく、高速
度記録でも高精細な画像形成装置に使用する記録用電極
を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載の記録用電極は、複数の貫通
孔が形成された絶縁性の基材と、その基材の表裏いずれ
かの第１の面に前記貫通孔毎に個別に形成された電極と
を備え、前記貫通孔を含む領域に電界を発生させ、前記
基材に対して前記第１の面とは反対の第２の面側に収納
された帯電粒子を、前記電界によって前記貫通孔を介し
て前記第１の面側に飛翔させ、前記電界内に搬送された
被記録媒体上に転写させて、所望の画像を前記被記録媒
体上に記録するものを対象として、特に、前記第１の面
に形成された前記貫通孔の形状の中心と、前記第２の面
に形成された前記貫通孔の形状の中心とが前記基材の表
面に沿って所定量変位して形成されていることを特徴と
している。

【０００７】また、請求項２に記載の記録用電極は、前
記第１の面に形成された前記貫通孔の形状の中心が、前
記第２の面に形成された前記貫通孔の形状の中心に対し
て、前記被記録媒体の搬送方向に所定量変位して形成さ
れていることを特徴としている。

【０００８】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１に記載の
記録用電極において、第１の面に形成された貫通孔の形
状の中心と、第２の面に形成された貫通孔の形状の中心
とが、帯電粒子の飛翔奇跡に対応するように、基材の表
面に沿って所定量変位して形成されているので、帯電粒
子の制御性が良好になるとともに、高速記録においても
高精細な画像を形成することができる。

【０００９】また、請求項２に記載の記録用電極におい
て、第１の面に形成された貫通孔の形状の中心は、第２
の面に形成された貫通孔の形状の中心に対して、被記録
媒体の搬送方向に所定量変位して形成されているので、
帯電粒子の制御性がさらに良好になるとともに、高速記
録においてもより高精細な画像を形成することができ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１１】図１は本発明を実施した画像形成装置の断
面図である。図１において、記録用電極としてのアパチ
ャ電極体１の上側に１ｍｍの間隔を隔てて背面電極ロー
ラ３２が、匡体（図示せず）に回動可能に配設されてお
り、背面電極ローラ３２の回転に伴って被記録媒体とし
ての支持体３１が搬送される。アパチャ電極体１の下側
には、トナー供給装置２０が配設されている。支持体３
１の進行先には定着装置３５が配設されている。

【００１２】上記トナー供給装置２０は、以下のように
構成されている。

【００１３】トナーケース２１には帯電粒子としてのト
ナー２６が収納され、そこには供給ローラ２３とアルミ
ニウム製の担持ローラ２４が平行に配設されている。

【００１４】トナー規制ブレード２７は、担持ローラ２
４上に圧接するよう配置されている。

【００１５】アパチャ電極体１は、図２にも詳細に示す
ように、厚さ２５μｍのポリイミド製の絶縁シート２に
直径１００μｍの貫通孔としてのアパチャー６が１列に
形成され、上側にアパチャー６毎にアパチャー６を取り
囲む電極としての制御電極３が厚さ１μｍで形成されて
いる。

【００１６】アパチャ電極体１は、図１に示すように支
持体３１側に制御電極３を対向させると共に、絶縁性の
基材としてのポリイミド製絶縁シート２がアパチャー６
位置で担持ローラ２４上のトナーと接するよう配設され
ている。

【００１７】制御電極３と担持ローラ２４間には、制御
電圧印加回路８が接続されている。制御電圧駆動回路８
は画像信号によって０Ｖ、もしくは＋５０Ｖを出力する
よう構成されている。背面電極ローラ３２と担持ローラ
２４間には＋１ｋＶの直流電源３３が接続されている。

【００１８】上述のような構成において作用を以下に詳
述する。

【００１９】担持ローラ２４と供給ローラ２３の矢印方
向の回転により、トナー２６は供給ローラ２３から担持
ローラ２４に擦りつけられ、マイナスに帯電させられた
後に担持ローラ２４上に担持される。担持されたトナー
２６は層規制ブレード２７によって薄層化され、担持ロ
ーラ２４の回転によってアパチャ電極体１付近に向かっ
て搬送される。ここで担持ローラ２４上のトナー２６は
アパチャ電極体１に擦られつつアパチャー６下に供給さ
れる。

【００２０】ここで、画像信号に応じ画像部に対応する
制御電極３には、制御電圧印加回路８から＋５０Ｖが印
加される。その結果、画像部に対応するアパチャー６近
傍には、制御電極３と担持ローラ２４間の電位差によ
り、制御電極３より担持ローラ２４に向かう電気力線が
形成される。マイナスに帯電されたトナー２６は電位の
高い方向に静電気力を受け、担持ローラ２４上からアパ
チャー６を通過して制御電極側３側に引き出される。引
き出されたトナーは、さらに背面電極３２に印加されて
いる電圧で支持体３１とアパチャ電極体１に形成される
電界により、支持体３１に向かって飛翔し、支持体３１
上に堆積して画素を形成する。

【００２１】しかし、図７の様な従来技術のアパチャー
電極体１２ではアパチャー１６がアパチャー電極体１２
の厚み方向に対して、平行に貫通しているため、トナー
２６が担持体２４の回転で与えられている運動ベクトル
の慣性の影響を受け、アパチャーを通過するトナー流の
制御性は悪くなる。

【００２２】例えば、１０ｐｐｍの様な記録速度で３０
０ｄｐｉの解像度を狙い１ドット、１スペースを交互に
形成するために図５（ａ）に示す様なパルス電圧を制御
電極３に印可すると、１個のアパチャー１６から支持体
３１上に到達するトナー流量は、図５（ｂ）に示す様に
パルス電圧と一致せず、支持体３１に形成されるドット
も尾引きのある細長い形状となり、支持体３１の搬送方
向に対して十分な解像度が得られない。

【００２３】そのメカニズムを経時的変化を追った図６
（ａ）〜（ｅ）を用いて詳しく説明する。図６（ａ）は
制御電極１３がアースされた状態で、担持ローラ２４上
のトナー２６にはアパチャー１６を通過させようとする
電界が働かないので、アパチャー１６下部に達したトナ
ー２６はそのまま担持ローラ２４に担持されたまま通過
してしまう。

【００２４】図６（ｂ）は制御電極１３にプラス（＋）
電圧を印可した瞬間でありアパチャー１６下部に存在す
るトナーは上方に向かう電界を受け、一斉に担持ローラ
２４を離れるが、特に飛翔初期では担持体の回転による
慣性力により右方に向かう運動ベクトルが大きく、従っ
てトナーは右斜め上方向に飛翔する。

【００２５】図６（ｃ）では、飛翔したトナーの一部が
アパチャー１６右方壁面に衝突して、さらに弾けてアパ
チャー１６内に分散し、また、分散したトナーに後から
飛翔してきたトナーと衝突してアパチャー１６内で一部
のトナーが滞りだす状態をしめす。

【００２６】図６（ｄ）ではアパチャー１６内がでたら
めな方向の運動ベクトルを持つトナーで溢れ、アパチャ
ー１６上部では上方への速度ベクトルが失速した状態で
存在するトナー２６が制御電極１３に付着するものも現
れる。一方、アパチャー１６の下部からは、次々と担持
ローラ２４からトナー流が発生しようとするが、一部は
電界に従ってスムーズにアパチャー６内を通過して支持
体３１まで到達するが、アパチャー壁面やトナー同士で
衝突し、速度ベクトルを様々に変形され、スムーズに通
過していったトナーよりは、かなり失速しながらアパチ
ャーを通過して行く数も多い。さらに、アパチャー内部
にマイナス（ー）帯電したトナーが密集しすぎて、担持
体２４上に対する電界は弱まるため、担持体２４から飛
翔するトナー量自体も減少する。

【００２７】図６（ｅ）は制御電極１３を再びアースに
接続した状態を示し、アパチャー１６内のトナーが背面
電極３２によるアパチャー内への漏れ電界によって緩や
かに排出されると共に、制御電極１３上に引き寄せられ
ていたトナーも制御電極１３から背面電極３２に向かう
電界が構成され、背面電極３２に向かって飛翔する。こ
の様に、制御電極３に印加されるパルス電圧を止めて
も、トナーが支持体３１にずるずると飛翔していくこと
が、前記ドットが尾引きする原因となる。

【００２８】だからといって、パルス電圧のパルス幅を
短く制御してみても、十分なトナー流が発生しないの
で、濃度が低くなるばかりではなく、非常にトナー流量
が不安定な状態となる。

【００２９】上記不具合はトナー流の自然な飛翔軌跡を
アパチャー６の壁面が乱していることが根元たる原因で
あり、アパチャー６の形状がこれを乱さなければ問題は
解決できる。

【００３０】アパチャー６下部から発生したトナー流は
障害物がないとき、どの様な飛翔の軌跡を描くかを示し
たのが図３であり、ここでは簡単のためアパチャー６内
部では電界がアパチャー電極体の厚み方向と平行に形成
され、また、アパチャーの半径方向について均一である
と考えている。本実施例のアパチャ電極体１は図４に示
す様にアパチャー６が図３の自然なトナー流飛翔の軌跡
に沿った形状、即ち、アパチャー６の上面である第１の
面に形成された形状の中心と、アパチャー６の下面であ
る第２の面に形成された形状の中心とがアパチャ６の表
面に沿って所定量変位して形成されており、従って、ア
パチャー６壁面によって速度ベクトルの向きを変形させ
られたり、その絶対値を減少させられる割合が少なく、
スムーズなトナー流となり、前記アパチャー６内での滞
留や制御電極への付着が少ないため、トナー流の制御性
は向上する。

【００３１】非画像部に対応する制御電極３には、制御
電圧印加回路８から０Ｖが印加される。その結果、担持
ローラ２４と制御電極３間には電界は形成されず、担持
ローラ２４上のトナーは静電気力を受けずアパチャー６
を通過しない。

【００３２】支持体３１は１列の画素形成時間の間にア
パチャー６列と垂直方向に１画素分送られる。支持体３
１をその長さ分搬送する間、上記のプロセスを繰り返す
ことにより支持体３１全面にトナー像を形成することが
できる。

【００３３】本実施例では、アパチャー６の断面形状
を、トナー流の自然な飛翔軌跡と一致させているが、こ
の飛翔軌跡は指数関数で表されるため、実際にアパチャ
ー６をエキシマレーザ等で加工するのは困難である。そ
こで、アパチャー自体は円筒形であっても、その中心線
がアパチャ電極体１の厚み方向に対して角度を持って交
わるように加工されていれば、効果は大きい。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の請求項１に記載の記録用電極によれば、第１の面
に形成された貫通孔の形状の中心と、第２の面に形成さ
れた貫通孔の形状の中心とが、帯電粒子の飛翔奇跡に対
応するように、基材の表面に沿って所定量変位して形成
されているので、帯電粒子の制御性が良好になるととも
に、高速記録においても高精細な画像を形成することが
できる。

【００３５】また、請求項２に記載の記録用電極によれ
ば、第１の面に形成された貫通孔の形状の中心は、第２
の面に形成された貫通孔の形状の中心に対して、被記録
媒体の搬送方向に所定量変位して形成されているので、
帯電粒子の制御性がさらに良好になるとともに、高速記
録においてもより高精細な画像を形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の要部の構成を示す図で
ある。

【図２】その画像形成装置に用いられるアパチャ電極体
の詳細を示す斜視図である。

【図３】その画像形成装置におけるトナー流の飛翔状態
を示す断面図である。

【図４】その画像形成装置のアパチャー電極体の断面を
示す図である。

【図５】従来の画像形成装置の制御電極に印加する電圧
とトナー流量体を示す図である。

【図６】従来の画像形成装置におけるトナー流の飛翔メ
カニズム示す断面図である。

【図７】従来の画像形成装置に用いられるアパチャ電極
体の詳細を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 ３ 制御電極 ６ アパチャー ８ 制御電圧印加回路 ２２ トナー担持ローラ ３２ 背面電極ローラ ３３ 直流電源

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の貫通孔が形成された絶縁性の基材
   と、 その基材の表裏いずれかの第１の面に前記貫通孔毎に個
   別に形成された電極とを備え、 前記貫通孔を含む領域に電界を発生させ、前記基材に対
   して前記第１の面とは反対の第２の面側に収納された帯
   電粒子を、前記電界によって前記貫通孔を介して前記第
   １の面側に飛翔させ、前記電界内に搬送された被記録媒
   体上に転写させて、所望の画像を前記被記録媒体上に記
   録するための記録用電極において、 前記第１の面に形成された前記貫通孔の形状の中心と、
   前記第２の面に形成された前記貫通孔の形状の中心とが
   前記基材の表面に沿って所定量変位して形成されている
   ことを特徴とする記録用電極。
2. 【請求項２】 前記第１の面に形成された前記貫通孔の
   形状の中心が、前記第２の面に形成された前記貫通孔の
   形状の中心に対して、前記被記録媒体の搬送方向に所定
   量変位して形成されていることを特徴とする請求項１に
   記載の記録用電極。