JP3263541B2 - 記録用電極の製造方法 - 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、プ
ロッタ、ファクシミリなどに利用し得る画像形成装置に
使用する記録用電極の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置の１つとして、複数
の開口部（以下、アパチャと称する）が形成された電極
を用いて、その電極に対して画像データに基いて電圧を
印加し、帯電させたトナー粒子（荷電粒子）が前記アパ
チャを通過し得るよう制御して、通過したトナー粒子に
より受像体としての支持体上に画像を形成するものが、
米国特許第３６８９９３５号の明細書において開示され
ている。

【０００３】この画像形成装置は、絶縁体よりなる平板
と、この平板の一方の面に形成される連続した基準電極
と、他方の面に形成される互いに絶縁された複数の制御
電極とからなり、前記各制御電極毎に前記３者を貫いて
少なくも１列のアパチャが形成されたアパチャ電極体
と、前記基準電極と制御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過す
るトナー粒子の流れが変調されるよう帯電したトナー粒
子を供給する手段と、支持体とアパチャ電極体が相対的
に移動し得るよう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。

【０００４】また、例えば米国特許第４７４３９２６
号、同４７５５８３７号、同４７８０７３３号、および
同４８１４７９６号の明細書には、アパチャ電極体が支
持体側に制御電極、トナー供給側に基準電極を向けて配
設された画像形成装置が開示されている。

【０００５】これに対して、米国特許第４９１２４８９
号の明細書には、アパチャ電極体を支持体側に基準電
極、トナー供給側に制御電極を向けて配設することによ
り、オフ時に制御電極に対して印加される電圧を、上記
米国特許に開示される画像形成装置に比べて１／４程度
に抑えることができることが記載されている。

【０００６】ここにおいて、前記オフ時とは、支持体上
にトナー粒子を付着させない時、すなわち画像の空白部
分を形成する時点を意味するものであり、逆にオン時と
言えば、支持体上にトナー像を形成する時点を意味する
ものである。

【０００７】上述したような従来の画像形成装置は、平
板の片面に基準電極が、もう一方の面に複数の制御電極
が配置されており、且つ両電極間で帯電したトナーを制
御する電界を形成していた。従って、トナー供給手段
（帯電したトナーを担持して回転されるトナー担持ロー
ラ）からアパチャ電極体近傍に供給される帯電トナーを
制御するためには、両電極間に強い電界を形成する必要
があった。そして両電極間に強い電界を形成するために
は、高電圧を印加可能な電圧供給手段が必要であり、装
置全体のコストも高価になるという問題があった。

【０００８】この問題を解決するために、日本国特許出
願第４ー２５４４９４号に添付された明細書及び図面に
記載されている画像形成装置を案出した。この画像形成
装置は、低電圧でもトナー粒子を制御可能なアパチャ電
極体（記録用電極）を搭載している。

【０００９】図６の如く、このアパチャ電極体１０１
は、絶縁体からなる厚さ２５μｍの基材シート１０２
と、それぞれ独立した複数の制御電極１０４と、複数の
アパチャ１０６とから構成されている。厚さ１μｍの制
御電極１０４は、基材シート１０２の片面のみに設けら
れている。各制御電極１０４は各アパチャ１０６の周囲
を囲むように配設され、アパチャ１０６は制御電極１０
４と基材シート１０２を貫通して設けられている。そし
てこの複数のアパチャ１０６は各々直径約４０μｍであ
り、基材シート１０２に１列に形成されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
画像形成装置のアパチャ電極体（記録用電極）は、前記
基材シート１０２が厚さ２５μｍの極薄のポリイミドフ
ィルム等の絶縁部材で構成されており、このようなフィ
ルムではしわがよったりして傷つき易いばかりでなく、
剛性がないため記録が不安定になる場合があった。この
剛性を高めるためには基材シート１０２の制御電極１０
４側に補強層を設けることが考えられる。この補強層に
はトナー粒子を通過させるために制御電極１０４の各々
に対応して開口をそれぞれ形成する必要がある。また、
制御電極と背面電極との間に形成される電気力線はアス
ペクト比（補強層の開口径と補強層の厚さ）が大きいほ
ど強くなるため、トナーの飛翔特性を高めるためには補
強層の開口径を制御電極のアパチャ径よりも大きくする
必要がある（図２参照）。

【００１１】上記の補強層を備えたアパチャ電極体を製
造するためには、シート状の補強層を準備し、そこにア
パチャよりも大きな開口部を貫通形成し、それを前記基
材シート１０２の制御電極側に接合する必要がある。し
かし、この方法ではアパチャと補強層の開口部との位置
調節が難しく、時間のかかるものとなっていた。補強層
の開口部を全てのアパチャ形成領域よりも大きくするこ
とも考えられるが、その時はアパチャ近傍の剛性を高め
ることにはならなくなるのである。

【００１２】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、剛性があり、トナーの飛翔特性の
よい記録用電極を簡便且つ短時間に製造することのでき
る記録用電極の製造方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の記録用電極の製造方法は次のような特徴を有
している。即ち、アパチャが形成された制御電極を一側
に備えた絶縁性基材に対し、制御電極を挟んで補強層を
形成し、前記アパチャよりも径大のレーザー光を前記補
強層側から前記絶縁性基材に照射して穴加工するのであ
る。

【００１４】この時のレーザ光の直径は前記アパチャよ
りも径大であり且つ前記制御電極よりも径小であること
が好ましい。

【００１５】また、前記制御電極は、前記絶縁性基材上
に金属層を形成し、エッチング処理にて形成されたもの
であってもよい。レーザ光はエキシマレーザが好まし
い。

【００１６】一方、次のような方法も考えられる。即
ち、アパチャが形成された制御電極を一側に備えた絶縁
性基材に対し、制御電極を挟んで補強層を形成し、その
補強層上に、前記アパチャを包含するようにマスク穴が
貫通形成されたマスク材を載置し、前記マスク穴の穴径
以上の照射範囲のレーザ光を前記マスク材側から前記絶
縁性基材に照射して穴加工する。

【００１７】この時の前記マスク穴は前記アパチャより
も大きく、且つ前記制御電極よりも小さいことが好まし
い。

【００１８】また、前記制御電極を前記絶縁性基材の一
側に多数形成し、前記マスク材にはマスク穴を制御電極
の各々に対応してそれぞれ形成し、前記レーザ光の照射
範囲を複数のマスク穴形成範囲以上に設定しておいても
よい。

【００１９】

【作用】上記の構成を有する本発明では、アパチャが形
成された制御電極を一側に備えた絶縁性基材に対して制
御電極を挟んで補強層を形成し、アパチャよりも径大の
レーザー光を補強層側から絶縁性基材に照射すると、補
強層のレーザ光照射部分が消滅し、続いて絶縁性基材も
また消滅する。しかしながら、補強層と絶縁性基材との
間には制御電極が介在しているため、制御電極によりレ
ーザー光はアパチャ径に絞られ絶縁性基材にはアパチャ
と同径の貫通孔が開き、補強層にはアパチャよりも径大
の貫通孔が開く。制御電極をエッチング処理により形成
したものは、アパチャがきわめて高精度に形成されるた
め、絶縁基板に形成される開口もまた高精度に形成され
る。このため、制御電極とトナー担持ローラとの間のト
ナー飛翔制御に影響を及ぼさない。また、補強層にはア
パチャよりも径大の穴が形成されるので制御電極と背面
電極との間の電界力が弱まることはない。

【００２０】一方、アパチャが形成された制御電極を一
側に備えた絶縁性基材に対して制御電極を挟んで補強層
を形成し、その補強層上に、前記アパチャを包含するよ
うにマスク穴が貫通形成されたマスク材を載置し、前記
マスク穴の穴径以上の照射範囲のレーザ光を前記マスク
材側から前記絶縁性基材に照射すると、レーザー光はマ
スク材によりマスクされ、レーザ光のマスク穴貫通部分
のみが補強層に照射し、この部分の補強層は消滅する。
続いてこのレーザ光は制御電極によりマスクされアパチ
ャ径に絞られて絶縁性基材に照射し、これを消滅させ
る。このため、補強層にはアパチャよりも径大の穴が形
成されるので制御電極と背面電極との間の電界力が弱ま
ることはない。ここで、制御電極を前記絶縁性基材の一
側に多数形成し、前記マスク材にはマスク穴を制御電極
の各々に対応してそれぞれ形成し、前記レーザ光の照射
範囲を複数のマスク穴形成範囲以上に設定しておくと、
一度に多数の穴開け加工が可能となる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照しながら説明する。

【００２２】図１は、本発明の画像形成装置の概要を示
す図であり、記録用電極としてのアパチャ電極体１に対
し、１ｍｍの間隙を有して、背面電極板２２がシャーシ
（図示せず）に配設されている。背面電極板２２の下方
には、一対の搬送ローラ１１９が配置されており支持体
（記録紙）２０を搬送し、前記１ｍｍの間隙に挿入され
得るように構成されている。

【００２３】さらに、前記アパチャ電極体１の右側に
は、そのアパチャ電極体１の長手方向に沿って、トナー
供給装置１０が配設されており、更には、搬送される支
持体２０の進行先に定着装置２６が配設されている。

【００２４】前記トナー供給装置１０は、装置全体のハ
ウジングを兼ねるトナーケース１１と、そのトナーケー
ス１１内のトナー溜２１に収納されるトナー１６と、供
給ローラ１２と、トナー担持ローラ１４と、トナー層規
制ブレード１８とアジテータ１７とから構成されてい
る。また、前記トナー担持ローラ１４は、トナー１６を
担持し、アパチャ電極体１に向かって搬送するものであ
る。前記供給ローラ１２は、担持ローラ１４に対してト
ナー１６を供給するものである。

【００２５】さらに、アジテータ１７は未使用トナーを
トナー溜２１で混合して攪拌するものである。そして、
前記供給ローラ１２とトナー担持ローラ１４とアジテー
タ１７は、トナーケース１１に図中矢印方向に回転可能
に支持されており、平行に配設されている。また、担持
ローラ１４と供給ローラ１２はそれぞれ接した状態で配
設されている。

【００２６】また、前記トナー層厚規制ブレード体１８
は、トナー担持ローラに対して圧接されており、トナー
１６の量がローラ面上で均一になるよう調整されるとと
もに、そのトナー１６を均一に帯電させる。

【００２７】前記アパチャ電極体１は、図２に示す様に
厚さ２５μｍのポリイミドフィルム製の絶縁シート２に
直径４０μｍの複数のアパチャ６ａが１列に形成され、
且つ上面に厚さ１μｍの制御電極４が各アパチャ６ａ毎
に形成されている。さらに、この上面にはポリイミドの
補強層７がコートしてあり、各アパチャ６ａと同位置に
は、アパチャ６ａより大きな６０μｍ径のアパチャ６ｂ
が形成されている。

【００２８】上記アパチャ電極体１の加工方法を、アパ
チャ列上の断面図である図４を用いながら説明する。ま
ず絶縁シート２の片側全面にスパッタ等で銅の金属膜層
を形成する。絶縁シートとしては、ポリイミドやポリエ
ステル等の樹脂フィルムや、アルミナやジルコニア等の
セラミックが使用できる。ここでは、後述するエキシマ
レーザによりアブレーションし除去加工可能なポリイミ
ドを採用する。また、金属層としては導体であれば何で
もよく、銅の他にクロム、タングステン、アルミ等の各
種金属材料でもよい。尚、市販されているものとしてＧ
Ｚフィルム（グンゼ産業製）を使用してもよい。これ
は、２５μｍ厚のポリイミド基材に銅がスパッタリング
して形成されたものである。

【００２９】次に、金属層の表面に感光性レジストを全
面塗工し、電極パターンに対応した露光マスクを介して
紫外線が露光される。次に余剰のレジストを除去し、エ
ッチングを行う。即ち、塩化第２鉄などのエッチング液
によりレジスト膜のない銅面が酸化腐食処理され、銅膜
による制御電極４が形成される。このエッチングによっ
て制御電極４には直径４０μｍのアパチャ６ａが高精度
に形成されている。この時、絶縁シート２にはアパチャ
が形成されていない。また、制御電極はアパチャ６ａを
取り囲む形状であればどの様な形状であってもよい。本
実施例ではリング状に形成され、そのリングの一部から
配線部が突出している。

【００３０】次に、絶縁シート２の制御電極４側に補強
層７として、ポリイミドを１００μｍコートする。その
後、図４に示すように、補強層７側から前記アパチャ６
ａより大きく、且つリング状の制御電極の外形よりも小
さなな６０μｍ径のエキシマレーザ光（図中矢印で示
す）を照射すると、補強層７にはアブレーションにより
６０μｍ径のアパチャ６ｂが形成される。このアパチャ
６ｂは直接にはトナー流に影響を与えないため割と精度
の許容度が大きく、照射するレーザ光の形状が多少歪ん
だりしていても問題ない。さらに、補強層７を突き抜け
たレーザ光は制御電極４がマスクとなるため絶縁シート
２にはアブレーションによりアパチャ４０μｍ径６ａが
形成される。アパチャ６ａは直接的にトナー流形成を担
うものであるから、その仕上がり状態は厳しい精度が要
求されるが、前記高精度にエッチングされた制御電極４
がマスクとなっているため問題ない。

【００３１】そして、前記アパチャ電極体１は、図１に
示すように支持体２０側に制御電極４を対向させた状態
で、絶縁シート２のアパチャ位置でトナー担持ローラ１
４に対して圧接されている。

【００３２】ここにおいて、前記アパチャ電極体１のア
パチャ６とトナー担持ローラ１４との位置関係の詳細を
説明すると、図３に示すように、各アパチャ６は各々の
中心線３０がトナー担持ローラ１４の周面の最左部分
と、トナー担持ローラ１４の中心軸３２とを通過するよ
うに配置されている。これによれば、各アパチャ６は、
トナー担持ローラ１４の周面の最左部分を基準として、
上下均等に配置されることにより、各アパチャ６を通過
するトナー１６の分布をアパチャ内の全域で均一にする
ことができる。また、アパチャ６の内壁面とトナー１６
の飛翔方向とが平行であるため、安定してトナーを飛翔
させることができる。

【００３３】更には、アパチャ電極体１自体は、図３に
示すようにトナー担持ローラ１４に対して、アパチャ６
を中心として上下に同じ角度だけたわむように圧接され
ている。これにより、アパチャ電極体１と担持ローラ１
４との接触面積を大きくすることができるとともに、ア
パチャ６の下部周辺を上下均一に圧接することができる
ため、トナーの濃度むらが発生することを極力抑えるこ
とができる。

【００３４】図１において、前記制御電極４とトナー担
持ローラ１４の間には、制御電圧印加回路８が接続され
ている。この制御電圧印加回路８は、画像信号に基いて
制御電極４に対して０Ｖ、もしくは＋５０Ｖの電圧を印
加するように構成されている。

【００３５】更には、前記背面電極板２２とトナー担持
ローラ１４との間には直流電源２４が接続されており、
この直流電源は前記背面電極板２２に対して＋１ｋＶの
電圧を印加し得るようになっている。

【００３６】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作を説明する。

【００３７】まず始めに、アジテータ１７と供給ローラ
１２と担持ローラ１４との図１に示す矢印方向の回転に
より、トナー溜２１のトナー１６は供給ローラ１２に付
着させられ、さらに供給ローラ１２に付着したトナー１
６はトナー担持ローラ１４に擦りつけられ、トナー担持
ローラ１４上に担持される。担持されたトナー１６は、
層厚規制ブレード１８によって薄層化されるとともにマ
イナス帯電させれた後、引き続きトナー担持ローラ１４
の回転によりアパチャ電極体１に向かって搬送される。
そして、トナー担持ローラ１４上のトナー１６はアパチ
ャ電極体１の絶縁シート２に擦られつつアパチャ６の下
に供給される。

【００３８】ここで、画像信号に応じて、その画像部分
に対応する制御電極４には、制御電圧印加回路８から＋
５０Ｖの電圧が印加される。その結果、画像部分に対応
するアパチャ６の近傍には、制御電極４と担持ローラ１
４の間の電位差により、制御電極４より担持ローラ１４
に向かう電気力線が形成される。それにより、マイナス
に帯電されたトナーは電位の高い方向に静電力を受け、
トナー担持ローラ１４上からアパチャ６を通過して制御
電極４側に引き出される。引き出されたトナー１６は、
更に、背面電極板２２に印加されている電圧によって支
持体２０とアパチャ電極体１との間に形成される電界に
より、支持体２０に向かって飛翔し、支持体２０上に堆
積して画素を形成する。

【００３９】また、非画像部分に対応する制御電極４に
は、制御電圧印加回路８から０Ｖの電圧が印加される。
その結果、トナー担持ローラ１４と制御電極４との間に
は電界が形成されないことにより、トナー担持ローラ１
４上のトナー１６は静電力を受けないためアパチャ６を
通過しない。

【００４０】更には、支持体２０は、その面上にトナー
１６により１列の画素が形成される間に、アパチャ列と
垂直の方向に１画素分送られる。そして、上記のプロセ
スを繰り返すことにより支持体２０の全面にトナー像が
形成される。その後、形成されたトナー像は、定着装置
２６によって支持体２０上に加熱定着される。

【００４１】上記のように構成される画像形成装置にお
いて、絶縁性トナーを用いれば、トナー担持ローラ１４
と制御電極４の間の絶縁性が保たれ、アパチャ６が絶縁
破壊することがない。

【００４２】上記のプロセスにおいて、制御電極４によ
る制御電界は、制御電極４とアパチャ６の内部、および
そのアパチャ６と対向する担持ローラ１４のトナー担持
面との間に形成されるので、担持されるトナー１６に直
接、制御電界を印加できるため、制御効率がよい。

【００４３】また、供給されるトナー１６の一部が、ア
パチャ電極体１との摺動で機械的な力等を受け、非画像
部に対応するアパチャ６内に進入しても、アパチャ６内
部の電界でアパチャ６を通過しないよう制御できるた
め、トナーの制御性が良い。

【００４４】更には、トナー担持ローラ１４とアパチャ
電極体１はトナー層を挟んで対向しているので、比較的
近距離に配置することができることにより、制御電圧を
低くでき、安価な駆動素子を使用することができる。

【００４５】また、アパチャ電極体１の絶縁性シート２
はトナー担持ローラ１４側に向けられているので、トナ
ー供給系の不具合でトナー担持ローラ１４上にトナー１
６が存在しない場合でも、制御電極４とトナー担持ロー
ラ１４が接触して電気的に短絡し、駆動素子を壊すこと
はない。

【００４６】また、アパチャ電極体１と担持ローラ１４
上のトナー１６とは、アパチャ６の入口部分で接触して
いることにより、アパチャ６の入口部分に堆積するトナ
ー１６は、トナー担持ローラ１４により順次供給される
トナーにより押し流されるため、トナー１６が堆積、架
橋してアパチャ６を塞ぐことが無い。

【００４７】尚、本発明は、以上詳述した実施例に限定
されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲におい
て、種々の変更を加えることが可能である。

【００４８】例えば、上記実施例ではアパチャ６ｂと同
径に絞られたレーザ光を照射したが、図５の如く、アパ
チャ６ｂと同径の穴が複数形成された金属マスク９を使
ってレーザ光を照射すれば、アパチャ６ｂも精度良く加
工でき、レーザ光の照射径やエネルギー分布の管理が楽
になる。このアパチャ６ｂの直径はアパチャ６ａよりも
大きく制御電極の外形よりも小さいものである。

【００４９】さらに、一回のレーザ照射で複数のアパチ
ャを同時に加工することができる。この場合は、レーザ
光の照射範囲を複数のマスク穴形成範囲以上に設定すれ
ばよいのである。

【００５０】また、レーザ光を連続照射し、走査させな
がらアパチャ加工することも可能である。

【００５１】また、レーザ光としてはエキシマレーザの
他にＣＯ₂レーザやＹＡＧレーザを使用することもでき
る。

【００５２】また、非画像部分に対応するアパチャの制
御電圧を０Ｖとしたが、これは負の電圧であっても良
い。この場合、よりかぶりの少ない画像を得ることがで
きる。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の記録用電
極の製造方法によれば、剛性があり、トナーの飛翔特性
がよい記録用電極を簡便且つ短時間に製造することので
きるという極めて実用的な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の構成を具体化した一実
施例を示す図である。

【図２】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体の構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体と担持ローラとの構成を模式的に表す図である。

【図４】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体のアパチャ加工方法を示す断面図である。

【図５】本発明のその他の実施例のアパチャ電極体のア
パチャ加工方法を示す断面図である。

【図６】従来技術の画像形成装置に用いられるアパチャ
電極体の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 ２ 絶縁シート ４ 制御電極 ６ アパチャ ７ 補強層 ９ 金属マスク

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 担持体から供給される荷電粒子の流れ
   を、電界により直接制御して受像体上に画像を形成する
   ための記録用電極の製造方法であって、 アパチャが形成された制御電極を一側に備えた絶縁性基
   材に対し、制御電極を挟んで補強層を形成し、 前記アパチャよりも径大のレーザー光を前記補強層側か
   ら前記絶縁性基材に照射することを特徴とする記録用電
   極の製造方法。
2. 【請求項２】 前記レーザ光の直径は前記アパチャより
   も径大であり且つ前記制御電極よりも径小であることを
   特徴とする請求項１に記載の記録用電極の製造方法。
3. 【請求項３】 前記制御電極は、前記絶縁性基材上に金
   属層を形成し、エッチング処理にて形成されたものであ
   ることを特徴とする請求項１に記載の記録用電極の製造
   方法。
4. 【請求項４】 前記レーザ光はエキシマレーザであるこ
   とを特徴とする請求項１若しくは２に記載の記録用電極
   の製造方法。
5. 【請求項５】 担持体から供給される荷電粒子の流れ
   を、電界により直接制御して受像体上に画像を形成する
   ための記録用電極の製造方法であって、 アパチャが形成された制御電極を一側に備えた絶縁性基
   材に対し、制御電極を挟んで補強層を形成し、 その補強層上に、前記アパチャを包含するようにマスク
   穴が貫通形成されたマスク材を載置し、 前記マスク穴の穴径以上の照射範囲のレーザ光を前記マ
   スク材側から前記絶縁性基材に照射することを特徴とす
   る記録用電極の製造方法。
6. 【請求項６】 前記マスク穴は前記アパチャよりも大き
   く、且つ前記制御電極よりも小さいことを特徴とする請
   求項５に記載の記録用電極の製造方法。
7. 【請求項７】 前記制御電極は前記絶縁性基材の一側に
   多数形成されており、前記マスク材にはマスク材が制御
   電極の各々に対応してそれぞれ形成されており、前記レ
   ーザ光の照射範囲は複数のマスク穴形成範囲以上に設定
   されていることを特徴とする請求項５若しくは６に記載
   の記録用電極の製造方法。