JP3313883B2

JP3313883B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3313883B2
Application number: JP11288894A
Authority: JP
Inventors: 修高木
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1994-05-26
Publication date: 2002-08-12
Anticipated expiration: 2017-08-12
Also published as: US5980022A; JPH07314766A

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画像形成装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の画像形成装置として、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、トナー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支持体上に画像を
形成するものが、米国特許第３６８９９３５号明細書に
おいて開示されている。

【０００３】そして、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設けられる連続した
基準電極と、他方の面に形成される互いに絶縁された複
数の制御電極との３者を積層して構成され、各制御電極
毎に前記３者を貫いて少なくとも１列のアパチャを有し
ているアパチャ電極体と、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
パチャ電極体とが相対的に移動し得るように、支持体を
トナー粒子流路中に位置決めする手段とから構成されて
いた。

【０００４】これに対して、米国特許第４９１２４８９
号明細書には、アパチャ電極体の前記基準電極を前記支
持体側に向け、アパチャ電極体の制御電極を前記トナー
供給側に向けて配置することにより、オフ時に制御電極
に対して印加される電圧を、上記した米国特許に開示さ
れる画像形成装置に比べて１／４程度に抑えることが可
能な技術が記載されている。

【０００５】尚、前記オフ時とは、支持体上にトナー粒
子を付着させない場合、即ち、画像の空白部分を形成す
る場合を意味するものであり、逆に、オン時とは、支持
体上にトナー像を形成する場合を意味するものである。

【０００６】上述したような画像形成装置においては、
平板の一方の面に基準電極が設けられ、他方の面に複数
の制御電極が設けられており、この両電極間に所定の電
圧を印加することより、帯電したトナーの移動を制御す
るための電界を形成していた。従って、トナー供給手段
からアパチャ電極体近傍に供給される帯電トナーの移動
を制御するために、両電極間に強い電界を形成する必要
があり、そして、両電極間に強い電界を形成するため
に、高電圧を印加可能な電圧供給手段が必要であり、そ
の結果、装置全体のコストが、高価になるという問題が
あった。

【０００７】そこで、この問題点を解決するために、特
願平４−２５４４９４号公報に記載されているような画
像形成装置が提案されている。この画像形成装置は、図
４に示すように、低電圧でもトナーの移動を制御可能な
アパチャ電極体１０１を搭載している。このアパチャ電
極体１０１は、絶縁体からなる厚さ２５μｍの平板１０
２と、平板１０２に形成され、直径略４０μｍの複数の
アパチャ１０６と、各アパチャ１０６毎に独立して設け
られ、厚さ１μｍの制御電極１０４とから構成されてい
る。そして、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る動作部１０４ａと、各アパチ
ャ１０６から平板１０２の端部へと延びるように設けら
れた配線部（非動作部）１０４ｂとから構成されてい
る。そして、複数のアパチャ１０６は、平板１０２と制
御電極１０４とを貫通して設けられ、平板１０２の長手
方向に一列に形成されている。

【０００８】このアパチャ電極体１０１は、担持ローラ
（図示せず）とわずかに接触するように軽く圧接して配
設され、且つ制御電極１０４と担持ローラとの間に電圧
が印加されるように構成されている。このアパチャ電極
体１０１が、画像形成装置に用いられた場合、制御電極
１０４に制御電圧が印加されると、制御電極１０４と、
帯電したトナーを担持している担持ローラ（図示せず）
との間に電界が形成されるので、制御電極１０４と担持
ローラ（図示せず）との間にトナーの流れ（トナーの移
動）が発生し、担持ローラ上のトナーは、アパチャ１０
６を通過し、支持体側に移動することができる。

【０００９】この構成によれば、従来の画像形成装置に
比べて極めて低電圧でトナーの移動を制御することがで
きる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この場
合、制御電極１０４全体に電圧が印加されるので、トナ
ーの移動に直接関係しない配線部１０４ｂと担持ローラ
（図示せず）との間にも電界が形成され、配線部１０４
ｂの下方に位置する平板１０２に、トナーが引き寄せら
れて付着するという現象が生じる。これによって、平板
１０２に付着したトナーが制御電極１０４と担持ローラ
との間に堆積し、平板１０２が押し上げられることによ
り、担持ローラ（図示せず）と平板１０２との間の距離
が徐々に広くなっていく。このため、トナーの流れを発
生させるための電界が弱まり、十分にトナーが支持体側
に移動せず、形成画像にかすれを生じるという問題点が
あった。特に、制御電極１０４の配線部１０４ｂが担持
ローラ（図示せず）の回転方向の上流側に配置されてい
る場合に、平板１０２側にトナーが付着すると、画像と
して連続ドットを支持体上に印字する際に、トナーが平
板１０２に付着した分だけアパチャ１０６へのトナーの
供給量が一時的に不足し、形成画像がかすれてしまうと
いう問題点もあった。

【００１１】逆に、トナーの付着を引き起こしている制
御電極１０４に対して、トナーの流れの発生を停止する
ための非制御電圧が印加されると、制御電圧により制御
電極１０４と担持ローラ（図示せず）との間に形成され
ていた電界、即ち、トナーがアパチャ１０６を通過する
ための電界、及び平板１０２へのトナーの付着を引き起
こす原因となっていた電界が消滅する。この時、平板１
０２に付着していたトナーは、担持ローラに復帰して搬
送される。そして、復帰したトナーにより、担持ローラ
上のトナー担持量が増加し、トナーを均一に担持してい
ない部分が発生する。ここで、トナー担持量の多い部分
がアパチャ１０６に位置した時に、制御電極１０４に制
御電圧を印加してトナーの流れを発生させると、トナー
供給が過剰となり、支持体側へのトナー流量が増加した
り、あるいは非制御電極を印加した状態でも、トナーが
アパチャ１０６から飛び出してしまうといった現象が生
じる。その結果、支持体上の非画像形成部にトナーが付
着する現象が生じ、高画質を得ることができないという
問題があった。

【００１２】そして、平板１０２の制御電極１０４の配
線部１０４ｂ付近において、上述したようなトナーの付
着と、その付着したトナーの復帰とを繰り返している
と、制御電極１０４と担持ローラとの間の距離が変動し
てしまい、トナーの流れを発生させる電界が安定せず、
画質が安定しないという問題点もあった。

【００１３】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、制御電極の配線部とトナー供給
手段との間に形成される電界を遮断することにより、高
画質の画像を形成することができ、且つ安価な画像形成
装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の画像形成装置は、複数のアパチャを備えたア
パチャ電極体により、帯電したトナーのアパチャ通過を
制御し、トナー供給源とは前記アパチャ電極体を挟んで
反対側に位置する支持体上に画像を形成する画像形成装
置において、前記アパチャ電極体は、第一の絶縁性シー
トに複数のアパチャを形成し、その第一の絶縁性シート
の前記支持体と対向する側に、前記各アパチャ毎に区分
して制御電極を設けることにより構成され、前記トナー
供給源は、前記アパチャ電極体の第一の絶縁性シートと
接触するように配置され、トナーを担持して前記アパチ
ャ電極体に搬送する担持ローラを有し、前記各制御電極
の前記アパチャ形成部分を除く配線部と前記第一の絶縁
性シートとの間に設けられ、前記制御電極の配線部と前
記担持ローラとの間に形成される電界を遮蔽し、第一の
絶縁性シートの担持ローラとの対向面にトナーが付着す
るのを防止する遮蔽手段を備えている。

【００１５】また、前記遮蔽手段を平板状の遮蔽電極に
よって構成し、その遮蔽電極と前記制御電極の配線部と
の間に第二の絶縁性シートを設けることが望ましい。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置によ
れば、複数の制御電極の配線部と第一の絶縁性シートと
の間に設けられた遮蔽電極が、前記各制御電極の配線部
とトナー供給源との間に形成される電界を遮蔽し、第一
の絶縁性シートの担持ローラとの対向面にトナーが付着
するのを防止する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の画像形成装置を具体化した一
実施例を図面を参照して説明する。

【００１８】図１に、本実施例の画像形成装置の概要を
断面図によって示している。図１に示すように、アパチ
ャ電極体１の右側には、１ｍｍの間隙を有して背面電極
板２２が配設されており、前記間隙に挿入される支持体
２０を案内し得るように構成されている。また、前記ア
パチャ電極体１の左側には、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が設けられてお
り、前記背面電極板２２によって案内される支持体２０
の進行先には定着装置２６が設けられている。

【００１９】次に、上記各構成要素の詳細を説明する。

【００２０】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、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、供給ロ
ーラ１２、担持ローラ１４、回収ローラ１５、アジテー
タ１７、トナー層規制ブレード１８、及び回収ブレード
１９から構成されている。ここで、前記担持ローラ１４
はトナー１６を担持し、アパチャ電極体１に向かって搬
送するものであり、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。この担
持ローラ１４を含むトナー供給装置１０が、本発明のト
ナー供給源を構成している。また、回収ローラ１５は、
ステンレス鋼の軸にナイロンブラシの生地を接着したも
のであり、担持ローラ１４に残留したトナー１６を剥ぎ
取るものである。さらに、アジテータ１７は、未使用ト
ナー１６、及び回収ローラ１５により回収されたトナー
１６をトナー溜２１で混合して攪拌するものである。

【００２１】そして、前記供給ローラ１２、担持ローラ
１４、回収ローラ１５、及びアジテータ１７は、トナー
ケース１１に図１中の各矢印ａ，ｂ，ｃ，ｄ方向に回転
可能に支持されている。また、担持ローラ１４と供給ロ
ーラ１２、及び担持ローラ１４と回収ローラ１５とは、
それぞれ互いに接触した状態で配設されている。

【００２２】さらに、前記トナー層規制ブレード１８
は、担持ローラ１４に対して圧接されており、担持ロー
ラ１４に担持されるトナー１６の量が、担持ローラ１４
の表面上で均一になるよう調整すると共に、担持される
トナー１６を均一に帯電させるように構成されている。
また、回収ブレード１９は、回収ローラ１５のブラシ先
端と接触するように配置されており、回収ローラ１７が
回転すると、ブラシに付着しているトナーがトナー溜２
１に剥ぎ取られて落ちるようになっている。

【００２３】また、図２に示すように、アパチャ電極体
１は、厚さ５０μｍのポリイミド製の絶縁性シート２ａ
の長手方向に直径４０μｍの複数のアパチャ６が１列に
形成されており、絶縁性シート２ａ上面には厚さ１μｍ
の制御電極４が各アパチャ６毎に形成されている。制御
電極４の動作部４ａは、前記絶縁性シート２ａと直接接
しており、制御電極４の配線部４ｂ（非動作部）の下方
は、絶縁性シート２ａと、配線部４ｂとの間に絶縁性シ
ート２ｂを介した２層構造となている。そして、絶縁シ
ート２ａと絶縁シート２ｂとの間には、遮蔽電極１３が
設けられている。この絶縁性シート２ａが、本発明の第
一の絶縁性シートを構成し、絶縁性シート２ｂが、本発
明の第二の絶縁制シートをそれぞれ構成し、遮蔽電極１
３が、本発明の遮蔽手段を構成している。

【００２４】尚、絶縁シート２ｂは、絶縁シート２ａと
同じ材質でも良く、また、樹脂やセラミクス等の異なる
絶縁材質であってもよい。絶縁シート２ａ、絶縁シート
２ｂの具体的材質としては、ポリニ塩化ビニル等の塩化
ビニル樹脂、スチロール樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、
メタクリル樹脂、メタクリル・スチレン共重合体、ポリ
エチレン、エチレン・酢ビ共重合体、ポリプロピレン、
ポリプロピレン共重合体、ポリプロピレン・ガラス繊
維、ポリプロピレン不活性、アイオノマー、ポリテトラ
フロロエチレン、ポリテトラフロロエチレン・ガラス繊
維、ポリカーボネイト、ポリカーボネイト・ガラス繊
維、ポリフェニレン、ポリフェニレン・オキサイド、ポ
リフェニレン・オキサイド・ガラス繊維、メチルペンテ
ン樹脂、塩素化ポリエーテル樹脂等がある。

【００２５】このような構成のアパチャ電極体１を上述
の画像形成装置に用いた場合、配線部４ｂと担持ローラ
１４との間に形成される虞れがある電界は、遮蔽電極１
３によって遮蔽され、絶縁性シート２ａにトナー１６が
付着することを防ぐことができる。これによって、形成
画像のかすれや、濃度むらの発生を抑えることができ
る。

【００２６】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、絶縁性シート２ａのアパチャ６に対応する位置で担
持ローラ１４に対して圧接されている。

【００２７】次に、前記アパチャ電極体１のアパチャ６
と担持ローラ１４との位置関係の詳細について説明す
る。

【００２８】図３に示すように、各アパチャ６は、各々
の中心線３０が担持ローラ１４の周面の最上部分と、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、担持ローラ１
４の周面の最上部分を基準として、左右に均等に配置さ
れることとなり、各アパチャ６を通過するトナー１６の
分布を、アパチャ６内の全域で均一にすることができ
る。また、アパチャ６の壁面とトナー１６の飛翔方向と
が平行であるため、安定してトナー１６を支持体２０側
に飛翔させることができる。

【００２９】さらには、アパチャ電極体１自体は、図３
に示すように、担持ローラ１４に対して、アパチャ６を
中心として左右に同じ角度だけたわむように圧接されて
いるので、アパチャ電極体１と担持ローラ１４との接触
面積を大きくすることができると共に、アパチャ６の下
部周辺を左右均一に圧接することができるため、トナー
１６の濃度むらの発生を極力抑えることができる。

【００３０】また、前記制御電極４と担持ローラ１４と
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、画像信号に基づき、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。さらに、前記背面電極板２２と担持
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２４は、前記背面電極板２２に対して、＋
１ｋＶの電圧を印加するように構成されている。

【００３１】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作について説明する。

【００３２】まず始めに、担持ローラ１４と供給ローラ
１２とが、図１中の矢印ａ，ｂ方向に回転することによ
り、供給ローラ１２から送られてくるトナー１６が、担
持ローラ１４に擦りつけられ、マイナスに帯電させられ
た状態で担持ローラ１４上に担持される。担持されたト
ナー１６は、層規制ブレード１８によって薄層化される
と共にマイナスに帯電された後、担持ローラ１４の回転
によってアパチャ電極体１に向かって搬送される。そし
て、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に擦られながら、各アパチャ６の下方
に供給される。

【００３３】ここで、画像信号に応じて、その画像を形
成する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
形成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１４との間の電位差により、制御電極４か
ら担持ローラ１４に向かう電界が形成される。この電界
により、マイナスに帯電されたトナー１６は、電位の高
い方向に静電力を受け、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、さらに、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。

【００３４】また、画像を形成しない部分に対応する制
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、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ため、担持ローラ１４上のト
ナー１６は静電力を受けず、アパチャ６を通過しない。

【００３５】そして、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。

【００３６】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、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上に定
着される。上記実施例では、非画像部に対応するアパチ
ャの制御電圧を０Ｖとしたが、これは負の電圧を印加し
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。

【００３７】また、本実施例の画像形成装置において、
絶縁性トナーを用いれば、担持ローラ１４と制御電極４
のと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。

【００３８】このように本実施例の画像形成装置におい
ては、アパチャ電極体１の制御電極４の配線部４ｂと担
持ローラ１４との間に形成される電界が、遮蔽電極１３
によって遮蔽されているため、担持ローラ１４上に担持
されているトナー１６の絶縁性シート２ａへの付着や、
その付着したトナー１６の担持ローラ１４側への復帰を
繰り返すことなく、担持ローラ１４とアパチャ電極体１
との位置関係を常に安定して保つことができ、これによ
って、常に安定した画像を支持体２０に形成することが
できる。

【００３９】また、制御電極４による制御電界は、アパ
チャ６下の担持ローラ１４上、及びそのアパチャ６内部
に形成される。即ち、トナー１６は担持ローラ１４上に
あるので、トナー１６に直接、制御電界が作用する。ま
た、トナー１６の一部が、アパチャ電極体１との摺動
で、機械的な力を受け、非画像部に対応するアパチャ６
内に進入しても、制御電極４にマイナスの電圧を印加す
ることにより、アパチャ６内部の電界でアパチャ６を通
過しないように制御することができる。従って、トナー
１６の制御性が良い。

【００４０】さらに、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。よって、制御電極４に対する
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。

【００４１】アパチャ電極体１の絶縁性シート２ａは、
担持ローラ１４側に向けられているので、トナー供給装
置１０側の不具合で担持ローラ１４上にトナーが存在し
ない場合も、制御電極４と担持ローラ１４とが接触して
電気的に短絡し、駆動素子を壊すことはない。

【００４２】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、担持ローラ１４により順次供給されるトナー
１６により押し流されるため、トナー１６が堆積してア
パチャ６を塞ぐことがない。

【００４３】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。

【００４４】例えば、本実施例においては、制御電極４
の配線は片側のみであるが、両側に設けても良く、この
場合、アパチャ電極体１の遮蔽電極１３及び絶縁シート
２ｂも両側に設ける必要がある。

【００４５】また、上記実施例においては、トナー流制
御手段としてアパチャ電極体を用いたが、例えば、米国
特許第５０３６３４１号明細書に記載されるような編目
状の電極体を用いることも可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の画像形成装置によれば、複数の制御電極の配線部
と第一の絶縁性シートとの間に設けられた遮蔽電極が、
前記各制御電極の配線部とトナー供給源との間に形成さ
れる電界を遮蔽し、第一の絶縁性シートの担持ローラと
の対向面にトナーが付着するのを防止するので、高画質
の画像を形成することができ、且つ装置コストについて
も低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の画像形成装置の構成を示す断面図で
ある。

【図２】本実施例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】アパチャ電極体と担持ローラとの構成を模式的
に示す図である。

【図４】従来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２ａ絶縁性シート２ｂ絶縁性シート４制御電極６アパチャ１０トナー供給装置１３遮蔽電極１４担持ローラ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のアパチャを備えたアパチャ電極体
により、帯電したトナーのアパチャ通過を制御し、トナ
ー供給源とは前記アパチャ電極体を挟んで反対側に位置
する支持体上に画像を形成する画像形成装置において、前記アパチャ電極体は、第一の絶縁性シートに複数のア
パチャを形成し、その第一の絶縁性シートの前記支持体
と対向する側に、前記各アパチャ毎に区分して制御電極
を設けることにより構成され、前記トナー供給源は、前記アパチャ電極体の第一の絶縁
性シートと接触するように配置され、トナーを担持して
前記アパチャ電極体に搬送する担持ローラを有し、前記各制御電極の前記アパチャ形成部分を除く配線部と
前記第一の絶縁性シートとの間に設けられ、前記制御電
極の配線部と前記担持ローラとの間に形成される電界を
遮蔽し、第一の絶縁性シートの担持ローラとの対向面に
トナーが付着するのを防止する遮蔽手段を備えたことを
特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記遮蔽手段を平板状の遮蔽電極によっ
て構成し、その遮蔽電極と前記制御電極の配線部との間
に第二の絶縁性シートを設けたことを特徴とする請求項
１に記載の画像形成装置。