JP3402898B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル複写機
及びファクシミリ装置の印字部や、ディジタルプリン
タ、プロッタ等に適用され、顕像化粒子を飛翔させるこ
とにより記録媒体上に画像を形成する画像形成装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像信号を紙等の記録媒体上に可
視像として出力する画像形成装置として、顕像化粒子で
あるトナーを上記記録媒体に直接付着させることによ
り、トナー像を該記録媒体上に直接形成する画像形成装
置が提案されている（例えば特開平６−１５５７９８号
公報）。上記従来の画像形成装置について、図１０を参
照しながら以下に説明する。

【０００３】上記従来の画像形成装置は、図１０に示す
ように、トナー供給部５１と印刷部５２とを有する画像
形成部５３を供えており、トナー５４を飛翔させて記録
媒体である用紙５５に付着させると共に、上記トナー５
４の飛翔を画像信号に基づいて制御することにより、用
紙５５上に画像を直接形成するようになっている。

【０００４】トナー供給部５１は、負帯電の顕像化粒子
としてのトナー５４が収容されているトナー収容箱５
６、及び、トナー５４を磁気力により担持するトナー担
持体５７からなる。トナー担持体５７は接地されてお
り、図中、矢印方向にその表面での速度が３０ｍｍ／se
cで回転する。トナー５４は、平均粒径が１０μｍの磁
性トナーであり、周知の技術によって帯電量が−４μＣ
／ｇ〜−５μＣ／ｇとなるように電荷が付与されてい
る。また、トナー５４は、トナー担持体５７の外周面に
平均厚さ８０μｍで担持されている。

【０００５】画像形成部５３の印刷部５２は、直径５０
ｍｍのアルミニウム管からなる対向電極５８と、該対向
電極５８と上記トナー担持体５７との間に設けられた制
御電極５９とを供えている。上記の対向電極５８は、ト
ナー担持体５７の外周面からの距離が１ｍｍとなるよう
に設けられている。対向電極５８は、直流電源部６０に
より２ｋＶの高圧が印加されており、図中、矢印方向に
その表面での速度が３０ｍｍ／secでトナー担持体５７
と同じ周速で回転する。つまり、対向電極５８とトナー
担持体５７との間には、トナー担持体５７に担持された
トナー５４を対向電極５８方向に飛翔させるのに必要な
電界が付与されている。

【０００６】上記の制御電極５９は、対向電極５８表面
の接線方向と平行をなし、かつ対向電極５８と対向して
２次元的に広がっており、トナー担持体５７から対向電
極５８方向へのトナー流が通過可能な構造となってい
る。そして、この制御電極５９に供給される電位によ
り、トナー担持体５７と対向電極５８との間に付与され
た電界が変化し、トナー担持体５７から対向電極５８へ
のトナー５４の飛翔が制御される。

【０００７】上記の制御電極５９は、トナー担持体５７
の外周面からの距離が１００μｍとなるように設けられ
ている。制御電極５８は、厚さ５０μｍのフレキシブル
プリント基板（ＦＰＣ）５９ａ、および、厚さ２０μｍ
の銅箔からなるリング状電極６１からなっている。基板
５９ａには、トナー５４の通過部となる直径１５０μｍ
のゲート６２が形成されており、これらゲート６２の周
りに上記のリング状電極６１が設けられている。上記各
リング状電極６１は、給電線および高圧ドライバーを介
して制御電源部６３に電気的に接続されている。

【０００８】制御電源部６３（図１１）はトナー５４が
ゲート６２の通過を与える１５０Ｖの電位をリング状電
位６１に与える第一電源６４と、トナー５４がゲート６
２の通過を与えない−２００Ｖの電位をリング状電極６
１に与える第二電源６５と、プルアップ抵抗６６と電圧
切り換え手段であるＦＥＴ６７と、画像信号制御回路６
８からなる。通常ＦＥＴ６７は画像信号制御回路６８に
よってＯＮ状態となり、トナー５４がゲート６２の通過
を与えない電位がリング状電極６１に付与される。画像
信号制御回路６８によってＦＥＴ６７がＯＦＦ状態とな
るとトナー５４がゲート６２の通過を与える電位がリン
グ状電極６１に与えられる。リング状電極６１には、制
御電源部６３により、画像信号に応じた電圧が印加され
る。つまり、制御電源部６３は、リング状電極６１に対
し、トナー担持対５７に担持されたトナー５４を対向電
極５８方向に通過させる場合には１５０Ｖを３００μse
cの間印加し、通過させない場合には−２００Ｖを印加
するようになっている。このように、制御電極５９への
付与電位を画像信号に応じて制御し、対向電極５８にお
けるトナー担持体５７との対向面側に用紙５５を配する
と、用紙５５の表面に画像信号に応じたトナー像が直接
形成される。

【０００９】上記のトナー担持体５７の回転、対向電極
５８の回転、制御電極５９へのトナー５４を通過させな
い電位の印加、対向電極５８への高圧の印加は、単一の
トリガーによってほぼ同時に印加される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の画像形成装置
は、制御電極に印加する電位を抵抗素子を介してトラン
ジスタ等に印加していた。このためにトランジスタに電
流が流れる時間が存在し、電流による発熱によりトラン
ジスタの誤動作が常に問題となる。このためにトランジ
スタを冷却する冷却手段による部品点数の増加とコスト
アップは不可避であった。

【００１１】また、制御電位を供給する電源数は普通一
つの電位にに対して一つである。この場合は制御するた
めに電位を印加する電極総てに一つの電源から電力を供
給するので一つ一つの電極を制御するのに必要な電力が
小さくても電極の数が多いので（上記の従来技術では２
５６０個）制御電極に電位を供給する電源は非常に大き
な電流容量を必要とする。特にコンデンサを介して電位
をトランジスタに供給する場合は抵抗を使用する場合と
違って定常的な電流は全く流れないので定常的な発熱は
生じない。

【００１２】しかし、電位の切り替えの瞬間にコンデン
サに充放電されるための過渡電流が流れる。１チャンネ
ルに注目すると過渡電流は通常非常に短時間ではあるが
実際は一度にたくさんのチャンネルを連続して制御する
ことと、ピーク電流はかなり大きくなりうることを考慮
すると画像形成動作において一つの電源に対して多くの
トランジスタで常に切り替えが繰り返し行われると結果
的に電源には大きな電流容量が必要となる。

【００１３】即ち、コンデンサを使用する制御では特に
瞬間的な過渡電流に対する対策が必要となる。流れる電
流が大きく、電源の電流容量が小さいと出力電圧が低下
して制御電極に印加する電位が不十分となりトナー飛翔
が正しく行われない。コンデンサを使用する制御では上
記のように定常的にパルス電流は流れないが電圧切り替
えの瞬間だけ過渡電流によって電圧降下が発生し、トナ
ーに十分な電界が印加できず、実質的なトナー飛翔電界
の印加時間が低下する。

【００１４】しかも切り替えるチャンネルの数が多いほ
ど印加電位の低下する時間が長くなるなどの不具合を生
じ、印字が不安定となる。この不具合を回避するために
は加える電位の印加時間を十分長くするなどの対策が必
要となるが、こうすると全体の印字時間が長くなって高
速度化、高解像度化が困難となる。

【００１５】電源の電流容量が大きいと電源自身の発熱
が不可避で上記のように電源の誤動作や発熱が他回路に
影響を及ぼし装置の動作自身が不安定となる他に、電源
事態が破損しかねない。装置の安定動作のために冷却手
段が必要となり冷却手段による部品点数の増加とコスト
アップは不可避であった。

【００１６】また、電源を小型化すると上記発熱はより
顕著に現れるので小型化が困難であった。さらに、電流
容量が大きいと電源のコストダウンに限界があるうえ
に、制御電位がショートしたり、他の回路に流れるまた
は接続されている総ての機器に高圧が流れるだけでな
く、使用者が触れる部分にダイレクトに印加されるなど
の不測の事態が生じると、他の回路を破壊するだけでな
く接続されている総ての装置を使用不能にし、最悪の場
合は使用者が感電してしまう危険な状態となる。感電や
他の回路への電流リークを防止するためには電源若しく
は装置全体に高レベルの絶縁対策を施す必要があり、大
幅な装置の大型化や部品点数の増加とコストアップは免
れない。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の画
像形成装置は、上記の課題を解決するために、顕像化粒
子を担持する担持体と、該担持体に対向配置された対向
電極と、これら担持体と対向電極との間に配され、顕像
化粒子の通過部となる複数個のゲートを有する制御電極
と、上記制御電極と対向電極との間に搬送され、画像を
記録する記録媒体と、上記担持体と対向電極との間に所
定の電位差を生じさせる電位を付与すると共に、上記制
御電極に付与する電位を変化させることにより顕像化粒
子の上記ゲートの通過を制御して上記制御電極と上記対
向電極の間に搬送された上記記録媒体上に画像を形成す
る制御手段とを備えた画像形成装置であって、上記制御
手段は、上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過
を含む第一の状態を与える第一電位を供給する第一電源
手段と、上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過
しない状態を含む第二の状態を与える第二電位を供給す
る第二電源手段の少なくとも２個以上の電源手段と、少
なくとも容量成分をもつ部材と、上記第一，第二電位を
含む複数の電位を切り替えて上記制御電極に一方の電位
を印加する電圧切換手段とからなり、上記第一，第二電
源手段の少なくとも一方は同一の電位を供給する複数の
電源を有し、上記第一，第二電位の少なくとも一方が容
量成分を有する部材を介して上記電圧切換手段に供給さ
れている。

【００１８】上記の構成によれば、電位を容量素子を介
して切換手段に印加するので抵抗素子に比較するとパル
ス電流がほとんど流れず電源でなく切換手段の電流容量
を小さくできると同時に、同一の電位を供給する電源を
複数使用して個々の電源の平均電流を抑えることが可能
である。したがって、制御電極印加電位の切り替え時に
生じる電圧ドロップを回避できると同時に電流による発
熱が回避でき、発熱の悪影響を回避できるので冷却手段
が不要となる。

【００１９】請求項２記載の発明の画像形成装置は、上
記第一，第二電源手段のいずれも最大電流供給能力を７
０ｍＡ以下としている。

【００２０】上記の構成によれば、電源を複数使用して
個々の電源の電流を抑えることで可能でさらに個々の電
流容量を７０ｍＡ以下にするので電流リークによる感
電、他の回路や装置の破壊を回避できる。

【００２１】請求項３記載の発明の画像形成装置は、上
記の課題を解決するために、顕像化粒子を担持する担持
体と、該担持体の表面に速度をあたえる駆動手段と、該
担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対
向電極との間に配され、顕像化粒子の通過部となる複数
個のゲートを有し、上記複数のゲートの周囲に設けら
れ、印加される電位に基づいてお互いに対応する開口部
を介して顕像化粒子の記録媒体への飛翔をそれぞれ選択
的に制御する複数の電極からなる行電極郡及び列電極郡
を含む制御電極と、上記開口部を通過する顕像化粒子が
開口部通過時に該開口部中心方向に力を受けるように上
記行電極郡及び列電極郡の対応する電極に所定の電位を
印加する制御手段と、上記の制御手段によって上記行電
極郡及び列電極郡の対応する電極に所定の電位を印加す
ることにより顕像化粒子の上記ゲートの通過を制御して
画像を形成する制御手段とを備えた画像形成装置であっ
て、上記制御手段は、上記制御電極のゲートを上記顕像
化粒子の通過を含む第一の状態を与える第一電位を供給
する第一電源手段と、上記制御電極のゲートを上記顕像
化粒子の通過しない状態を含む第二の状態を与える第二
電位を供給する第二電源手段の少なくとも２個以上の電
源手段と、少なくとも容量成分をもつ部材と、上記第
一，第二電位を含む複数の電位を切り替えて上記制御電
極に一方の電位を印加する電圧切換手段とからなり、上
記第一，第二電源手段の少なくとも一方は同一の電位を
供給する複数の電源を有し、上記第一，第二電位の少な
くとも一方が容量成分を有する部材を介して上記電圧切
換手段に供給されている。

【００２２】上記の構成によれば、制御電極としてマト
リックス制御を使用した場合でも上記と同様の作用を得
られる。

【００２３】請求項４記載の発明の画像形成装置は、上
記の課題を解決するために、複数のカラー粒子からなる
複数の顕像化粒子と、上記顕像化粒子を担持する複数の
担持体と、該担持体の表面に速度をあたえる駆動手段
と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持
体と対向電極との間に配され、顕像化粒子の通過部とな
る複数個のゲートを有し、上記複数のゲートの周囲に設
けられ、印加される電位に基づいてお互いに対応する開
口部を介して顕像化粒子の記録媒体への飛翔をそれぞれ
選択的に制御する複数の電極からなる第一及び第二電極
郡を含む制御電極と、上記開口部を通過する顕像化粒子
が開口部通過時に該開口部中心方向に力を受けるように
上記第一及び第二電極郡の対応する電極に所定の電位を
印加する制御手段と、上記の制御手段によって上記第一
及び第二電極郡の対応する電極に所定の電位を印加する
ことにより顕像化粒子の上記ゲートの通過を制御して画
像を形成する制御手段とを備えた画像形成装置であっ
て、上記制御手段は、上記制御電極のゲートを上記顕像
化粒子の通過を含む第一の状態を与える第一電位を供給
する第一電源手段と、上記制御電極のゲートを上記顕像
化粒子の通過しない状態を含む第二の状態を与える第二
電位を供給する第二電源手段の少なくとも２個以上の電
源手段と、少なくとも容量成分をもつ部材と、上記第
一，第二電位を含む複数の電位を切り替えて上記制御電
極に一方の電位を印加する電圧切換手段とからなり、上
記第一，第二電源手段の少なくとも一方は同一の電位を
供給する複数の電源を有し、上記第一，第二電位の少な
くとも一方が容量成分を有する部材を介して上記電圧切
換手段に供給されている。

【００２４】上記の構成によれば、カラーの画像形成装
置についてマトリックス制御を使用する制御電極が使用
可能で、上記と同様の作用を得られる。

【００２５】さらに請求項１乃至請求項４の構成によれ
ば、容量素子をＥＰＣ基盤にプリントできるので回路を
小型化することが可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図１
乃至図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。
尚、以下の説明においては、負帯電のトナーに対応する
構成を備えた画像形成装置について詳述するが、正帯電
のトナーを使用する場合には、それに応じて適宜各印加
電圧の極性を設定すればよい。

【００２７】本実施の形態にかかる画像形成装置の各要
素について概要を説明する。

【００２８】本実施の形態の画像形成装置は、図１に示
すように、トナー供給部１と印加部２とを有する画像形
成部３を備えている。この画像形成部３は、画像信号に
応じた画像を、顕像化粒子としてのトナー４を使用して
記録媒体である用紙５上に顕像化するものである。つま
り、本画像形成装置は、トナー４を飛翔させて用紙５に
付着させると共に、上記トナー４の飛翔を画像信号に基
づいて制御することにより用紙５上に画像を直接形成す
るものである。

【００２９】上記画像形成部３への用紙５の入紙側に
は、給紙装置６が設けられている。給紙装置６は、記録
媒体としての用紙５を収容する用紙カセット７、この用
紙カセット７から用紙５を送り出すピックアップローラ
８、供給された用紙５をガイドする給紙ガイド９からな
る。また、給紙装置６は、用紙５が供給されたことを検
出する給紙センサ（図示せず）を備えている。上記のピ
ックアップローラ８は、図示しない駆動装置によって回
転駆動される。また、画像形成部３からの用紙５の出紙
側には、画像形成部３にて用紙５上に形成されたトナー
像を加熱および加圧することにより用紙５に定着させる
定着部１０が設けられている。定着部１０は、加熱ロー
ラ１１、ヒータ１２、加圧ローラ１３、温度センサ１
４、および、温度制御回路１５からなる。

【００３０】加熱ローラ１１は例えば、厚さ２ｍｍのア
ルミニウム管からなる。ヒータ１２は例えばハロゲンラ
ンプからなり、加熱ローラ１１に内蔵されている。加圧
ローラ１３は、例えばシリコーン樹脂からなる。そし
て、互いに対向して設けられた上記加熱ローラ１１およ
び加圧ローラ１３には、用紙５を挟んで加圧することが
できるように、それぞれの軸の両端に図示しないスプリ
ング等によって例えば２ｋｇの荷重が加えられている。
温度センサ１４は、加熱ローラ１１表面の温度を測定す
る。温度制御回路１５は、主制御部（後述する）によっ
て制御されており、温度センサ１４の測定結果に基づい
てヒータ１２のＯＮ／ＯＦＦ等を制御し、加熱ローラ１
１表面の温度を例えば１５０℃に保持する。

【００３１】また、定着部１０は、用紙５が排出された
ことを検出する排紙センサ（図示せず）を備えている。

【００３２】尚、加熱ローラ１１、ヒータ１２、加圧ロ
ーラ１３等の材質は、特に限定されるものではない。ま
た、加熱ローラ１１表面の温度は、特に限定されるもの
ではない。さらに、定着部１０は、用紙５を加熱若しく
は加圧することによりトナー像を定着させる構成となっ
ていてもよい。

【００３３】また、図示しないが、定着部１０からの用
紙の出紙側には、定着部１０で処理された用紙５を排紙
トレイ上に排出する排紙ローラ、および排出された用紙
５を受ける排紙トレイが設けられている。上記の加熱ロ
ーラ１１、加圧ローラ１３、および排紙ローラは、図示
しない駆動装置によって回転駆動される。

【００３４】画像形成部３のトナー供給部１は、顕像化
粒子としてのトナー４が収容されているトナー収容槽１
６、トナー４を磁気力により担持する円筒状の担持体
（スリーブ）としてのトナー担持体１７、および、トナ
ー収容槽１６が内部に設けられ、トナー４を帯電させる
と共に、トナー担持体１７の外周面に担持されるトナー
層の厚さを規制するドクターブレード１８からなる。ド
クターブレード１８は、トナー担持体１７の回転方向に
おける上流側に、トナー担持体１７の外周面からの距離
が例えば６０μｍとなるように設けられている。トナー
４は、例えば平均粒径が６μｍの磁性トナーであり、ド
クターブレード１８により、例えば帯電量が−４μＣ／
ｇ〜−５μＣ／ｇとなるように電荷が付与されている。
尚、ドクターブレード１８とトナー担持体１７との距離
は、特に限定されるものではない。またトナー４の平均
粒径や帯電量等は、特に限定されるものではない。

【００３５】トナー担持体１７は、図示しない駆動装置
によって駆動され、図中、矢印Ａ方向に例えばその表面
での速度が１００ｍｍ／secで回転する。また、トナー
担持体１７は接地されると共に、トナー担持体１７内部
におけるドクターブレード１８と対向する位置および、
制御電極１９（後述する）と対向する位置に、図示しな
い磁石が配置されている。これにより、トナー担持体１
７は、その外周面にトナー４を担持することができるよ
うになっている。また、トナー担持体１７の外周面に担
持されたトナー４は、該外周面における上記位置に対応
する位置でいわゆる穂立ちを形成する。

【００３６】尚、トナー担持体１７の回転速度は、特に
限定されるものではない。また、トナー担持体１７は、
磁気力によりトナー４を担持する代わりに、電気力、ま
たは電気力および磁気力により担持する構成となってい
てもよい。

【００３７】顕像形成部３の印刷部２は、例えば厚さ１
ｍｍのアルミニウム板からなり、トナー担持体１７の外
周面と対向する対向電極２０と、該対向電極２０に高圧
を供給する高圧電源２１と、上記トナー担持体１７との
間に設けられた制御電極１９と、除電ブラシ２２と除電
ブラシ２２に除電電位を与える除電電源２３、用紙５を
帯電させる帯電ブラシ２４と、該帯電ブラシ２４に帯電
電位を与える帯電電源２５と、誘電体ベルト２６と、該
誘電体ベルト２６を支持する支持部材２７ａ，２７ｂと
クリーナーブレード２８を備えている。

【００３８】上記対向電極２０は、トナー担持体１７の
外周面からの距離が例えば１ｍｍとなるように設けられ
ている。誘電体ベルト２６はＰＶＤＦを基材とし、体積
抵抗率で１０¹⁴Ω・ｃｍ、厚さが７５μｍである。該誘
電体ベルト２６は図示しない駆動装置によって駆動さ
れ、図中矢印方向に例えばその表面での速度が３０ｍｍ
／secで回転する。また、対向電極２０には、高圧電源
部（制御手段）２１により、例えば２ｋＶの高圧が印加
されている。つまり、対向電極２０とトナー担持体１７
との間には、高圧電源部２１から印加される高圧によ
り、トナー担持体１７に担持されたトナー４を対向電極
２０方向に飛翔させるのに必要な電界が付与されてい
る。

【００３９】上記帯電ブラシ２４はウレタンを母剤とす
る発砲ゴムを使用し硬度がＪＩＳ−Ａ３０°、抵抗値が
１０⁸Ω・ｃｍの特性を有する。

【００４０】上記除電ブラシ２２は誘電体ベルト２６の
回転方向における制御電極１９下流側に該誘電体ベルト
２６に圧接するようにして設けられている。除電ブラシ
２２は除電電源２３によって除電電位２．３ｋＶが印加
され、誘電体ベルト２６表面に存在する不要電荷を除電
する。

【００４１】上記のクリーニングプレード２８は、例え
ば、紙詰まり（ペーパージャム）等の不測の事態が生じ
て対向電極２０表面にトナー４が付着した場合に、この
トナー４を除去して、用紙５裏面が該トナー４によって
汚染されることを防止する。尚、対向電極２０の材質
は、特に限定されるものではない。また、対向電極２０
とトナー担持体１７との距離は、特に限定されるもので
はない。さらに、対向電極２０の回転速度や、印加され
る電圧は、特に限定されるものではない。

【００４２】また、図示しないが、本画像形成装置は、
制御回路として、画像形成装置全体を制御する主制御部
と、原稿等の画像を読み取る画像読み取り装置から得ら
れた画像データを印刷すべき画像データの形式に変換す
る画像処理部と、変換された該画像データを記憶する画
像メモリと、画像処理部から得られた画像データを制御
電極１９に与えるべき画像データに変換する画像形成制
御ユニットとを設けている。

【００４３】上記の制御電極１９は、対向電極２０表面
の接線方向と平行をなしかつ対向電極２０と対向して２
次元的に広がっており、トナー担持体１７から対向電極
２０方向へのトナー流が通過可能な構造となっている。
そして、この制御電極１９に供給される電位により、ト
ナー担持体１７と対向電極２０との間に付与された電界
が変化し、トナー担持体１７から対向電極２０へのトナ
ー４の飛翔が制御される。

【００４４】上記の制御電極１９は、トナー担持体１７
の外周面からの距離が例えば１００μｍとなるように設
けられており、図示しない支持部材により固定されてい
る。図２に示すように、制御電極１９は、絶縁性の基板
１９ａ、高圧ドライバ（図示せず）、および、各々独立
したリング状の導電体、即ちリング状電極２９からなっ
ている。基板１９ａは、例えばポリイミド樹脂からな
り、厚さ２５μｍに形成されている。また、基板１９ａ
には、後述するゲート３０となるべき孔が形成されてい
る。リング状電極２９は、例えば銅箔からなり、該基板
１９ａにおけるトナー担持体１７側表面、即ち上記孔の
周りに設けられており、所定の配列に従って配置されて
いる。各リング状電極２９は、例えば直径２２０μｍ、
厚さ３０μｍに形成されている。また、各リング状電極
２９の開口部は、例えば直径２００μｍに形成されてお
り、トナー担持体１７から対向電極２０へ飛翔するトナ
ー４の通過部となっている。以下、この通過部をゲート
３０と称することとなる。尚、制御電極１９とトナー担
持体１７との距離は、特に限定されるものではない。ま
た、ゲート３０の大きさや、基板１９ａおよびリング状
電極２９の材質や厚さ等は、特に限定されるものではな
い。

【００４５】上記のゲート３０、即ちリング状電極２９
は、例えば２５６０個形成されており、各リング状電極
２９は、給電線３１および高圧ドライバ（図示せず）を
介して制御電源部３２（後述する）に電気的に接続され
ている。

【００４６】上記個数は、Ａ４判の用紙の横幅における
解像度３００ＤＰＩ（dot per inch）に相当する。尚、
リング状電極２９の個数は、特に限定されるものではな
い。また、上記リング状電極２９表面および給電線３１
表面は、厚さ３０μｍの絶縁体層（図示せず）で覆われ
ており、これにより、リング状電極２９同士の絶縁性、
給電線３１同士の絶縁性、および、互いに接続されてい
ないリング状電極２９と給電線３１との間の絶縁性が確
保されている。尚、絶縁体層の材質や厚さ等は、特に限
定されるものではない。

【００４７】制御電極１９のリング状電極２９には、制
御電源部（制御手段）３２により画像信号に応じたパル
ス、即ち、電圧が印加される。つまり、制御電源部３２
は、リング状電極２９に対し、トナー担持体１７に担持
されたトナー４を対向電極２０方向に通過させる場合に
は例えば１５０Ｖを印加し、通過させない場合に例えば
−２００Ｖを印加するようになっている。

【００４８】このように、制御電極１９への付与電位を
画像信号に応じて制御し、対向電極２０におけるトナー
担持体１７との対向面側に用紙５を配すると、用紙５の
表面に画像信号に応じたトナー像が形成される。尚、制
御電源部３２は、図示しない画像形成制御ユニットから
送られてくる制御電極制御信号によって制御されてい
る。

【００４９】次に、本画像形成装置による画像形成動作
を図９を利用して説明する。

【００５０】先ず、例えば、画像読取り部に複写すべき
原稿が載置され、コピースタートボタン（図示せず）が
操作されると、この入力を受けた主制御部は画像形成動
作を開始させる。即ち、画像読み取り部によって原稿画
像が読み取られ、その画像データが画像処理部で処理さ
れ、画像メモリに記憶される。画像メモリに記憶された
画像データが、画像形成制御ユニットに転送され、画像
形成制御ユニットでは、入力された画像データを制御電
極１９に与える制御電極制御信号に変換し始める。ま
た、画像形成制御ユニットは、所定量の上記制御電極制
御信号を得ると、図示しない駆動装置が作動し、この駆
動装置に回転駆動される図１に示すピックアップローラ
８により、用紙カセット７内の用紙５が画像形成部３方
向へ送り出されると共に、正常な給紙状態であることが
給紙センサにて検出される。ピックアップローラ８によ
って送り出された用紙５は帯電ブラシ２４と支持部材２
７ａ，２７ｂの間に搬送される。支持部材２７ａ，２７
ｂには高圧電源２１によって対向電極２０と同電位が印
加れる。帯電ブラシ２４には帯電電極２５によって帯電
電位として１．２ｋＶが印加される。用紙５は帯電ブラ
シ２４と支持部材２７ａ，２７ｂの電位差による電荷を
供給され静電気的に吸着されたまま画像形成部３の印刷
部２における誘電体ベルト２６のトナー担持体１７との
対向面側に搬送される。尚、制御電極制御信号の上記所
定量は、画像形成装置の構成等によって異なる。

【００５１】その後、画像形成制御ユニットは、上記の
制御電極制御信号を制御電源部３２に供給する。この制
御電極制御信号の供給は、上記の帯電ブラシ２４による
印刷部２への用紙５の供給に同期したタイミングで行わ
れる。制御電源部３２は、上記の制御電極制御信号に基
づいて、制御電極１９の各リング状電極２９に印加する
高圧を制御する。つまり、制御電源部３２から適宜所定
のリング状電極２９に１５０Ｖもしくは−２００Ｖの電
圧が印加され、制御電極１９付近の電界が制御される。
即ち、制御電極１９のゲート３０において、画像データ
に応じてトナー担持体１７から対向電極２０へのトナー
４の飛翔の阻止とその解除とが適宜行われる。これによ
り、対向電極２０の回転によって出紙側に向かって３０
ｍｍ／secの速度で移動している用紙５上に、画像信号
に応じたトナー像が形成される。

【００５２】トナー像が形成された用紙５は支持部材２
７ｂの持つ極率で誘電体ベルト２６から剥離されて定着
部１０に搬送されたのちに、この定着部１０でトナー像
が用紙５に定着される。トナー像が定着された用紙５
は、排紙ローラにて紙トレイ上に排出されると共に、正
常に排出されたことを排紙センサにて検出される。この
検出動作に基づいて、主制御部が印刷動作の正常な終了
を判断する。

【００５３】以上の画像形成動作により、用紙５上に良
好な画像が形成される。本画像形成装置は、用紙５上に
画像を直接形成するので、従来の画像形成装置で用いら
れている感光体や誘電体ドラム等の顕像体が不要となっ
ている。

【００５４】従って、顕像体から用紙５に画像を転写す
る転写動作が省略されるので、画像の劣化を生じない。
このため、装置の信頼性が向上する。また、装置の構成
が簡略化されると共に、部品点数が削減されるので、小
型化および低廉化が可能となっている。

【００５５】ここで、トナー担持体１７と対向電極２０
との間への電圧印加により生じるトナー担持体１７と対
向電極２０との間のトナー４の飛翔について考えること
とする。

【００５６】前記したように、トナー担持体１７は接地
されており、一方、対向電極２０には２ｋＶの高圧が印
加されている。従って、トナー担持体１７と対向電極２
０との間には、等間隔で０Ｖから２ｋＶまでの等電位面
が形成されている。そして、対向電極２０はトナー担持
体１７の外周面からの距離が１ｍｍとなるよう設けられ
ており、制御電極１９はトナー担持体１７の外周面から
の距離が１００μｍとなるように設けられているので、
制御電極１９のゲート３０の中心部（ゲート中心部）の
電位は、約２００Ｖとなっている。尚、ゲート３０の中
心部の電位は、トナー担持体１７と対向電極２０との間
の電位差や、制御電極１９の配設位置、核ゲート３０の
形状等によって決定される。

【００５７】この状態で、トナー担持体１７に担持され
たトナー４を対向電極２０方向に通過させるべく、制御
電源部３２により、制御電極１９のリング状電極２９に
対して１５０Ｖの電圧を一画素あたり１５０μsec印加
する。すると、図３に示すように、制御電極１９のゲー
ト３０近傍の等電位面が得られる。同様にトナー４がゲ
ート３０を通過しない様な−２００Ｖの電位を印加した
場合について図４を得る。尚、図３，４に示す等電位面
は、本願発明者がコンピュータを用いたシミユレーショ
ンによって求めたものである。

【００５８】このように制御電極１９とトナー担持体１
７との間の電界は制御電極１９に印加する電位によって
方向が逆転する。しかし、制御電極１９と対向電極２０
の間の電界はその強度が多少変化するだけでその方向は
常に紙に垂直で変化しない。従って、制御電極１９を通
過したトナー４は制御電極１９の電位の如何によってそ
の飛翔状態はほとんど影響を受けない。

【００５９】尚、上記の説明においては、トナー４を通
過させるべく制御電極１９のリング状電極２９に付与す
る電位が、１５０Ｖの場合を一例に挙げたが、該電位
は、トナー４の所望した飛翔制御を行えるなら、常に限
定されるものではない。また、制御電極１９のリング状
電極２９に印加する電位を変化させることにより、制御
電極１９のゲート３０近傍における等電位面の膨らみの
度合いを変化させることができる。つまり、ゲート３０
を通過するトナー４に対して作用する電気力を変化させ
ることができる。このため制御電源部３２により付与す
る電位を適宜変化させることにより、用紙５上に形成さ
れる画像のドット径（ＦＬ）を任意に調節することがで
きる。

【００６０】尚、トナー４の通過を阻止すべく制御電極
１９のリング状電極２９に付与する電位は、特に限定さ
れるものではない。上記の電位は、具体的には、例えば
実験等を行うことにより決定すればよい。

【００６１】さらに、制御電源部３２については図６を
利用して考える。図６のように制御電源部３２は画像信
号制御回路３３と高圧ドライバーとコンデンサとダイオ
ードを含んだ電圧切り換え手段３４ａ，３４ｂ，３４ｃ
を含んでいる。電圧切り換え手段３４ａ，３４ｂ，３４
ｃのＯＵＴ ＰＵＴは上記リング電極２９にそれぞれ接
続されている。ま また、１５０Ｖの電源として３５
ａ，３５ｂ、−２００Ｖの電源は３６ａ，３６ｂが図６
の如くそれぞれ電圧切り換え手段３４ａ，３４ｂに印加
される。

【００６２】そしてそれぞれの電源の電流容量は６０ｍ
Ａであって、それぞれに３００ＤＰＩのＡ４幅に相当す
る２５６０個の半分の１２８０個のリング電極２９に電
位を供給する。

【００６３】上記電圧切り換え手段３４ａ，３４ｂのそ
れぞれの１チャンネルは図８のような構成である。図８
のようにＦＥＴ３７と１５ｐＦのコンデンサ２８とダイ
オード３９からなる。ＦＥＴ３７がＯＮの時、電源３６
によって−２００Ｖが、ＦＥＴ３７がＯＦＦの時は電源
３５によって１５０ＶがＯＵＴ ＰＵＴに供給される。
従来技術においては図１１のように上記のコンデンサ３
８の変わりに抵抗を廃している、抵抗を使用するとＦＥ
Ｔ３７がＯＮの間は常に電源３５と電源３６の間に電流
が流れるのでこの電流によっての発熱が不可避であっ
た。この発熱はＦＥＴ３７の数が多くなり、画像形成動
作が続くとＦＥＴ３７と制御回路全体の温度を上げ、回
路の誤動作を引き起こしていた。このためにＦＥＴ３７
に放熱板を設けたり、ファンを設けて回路全体を冷却す
るなどの冷却手段を用いて回路全体の冷却を行っていた
ので部品点数の増加とコストアップを招来していた。し
かし、本実施の形態においてはコンデンサ３８を抵抗の
変わりに使用するのでＦＥＴ３７がＯＮとなっている間
も電流が流れることがないので定常的な発熱が回避され
てＦＥＴ３７を冷却する必要がなくなる。

【００６４】しかし、ＦＥＴ３７がＯＮからＯＦＦ又は
ＯＦＦからＯＮの瞬間には過渡現象として図５に示すよ
うな電流が流れるが、この電流は非常に短時間に流れる
のでこの電流によるＦＥＴ３７の発熱の影響は従来技術
に比較すると軽減される。

【００６５】しかし電源から見ると、数多くのＦＥＴ３
７が常にＯＮ・ＯＦＦを繰り返しているので１チャンネ
ルの過渡電流がたとえ短時間であっても電源からは接続
された総てのチャンネルに電流が供給されるので、電源
からはかなりの電流が供給される。

【００６６】例えば、本実施の形態の過渡電流を時間平
均すると４．６ｅ−５Ａとなる。電源３６ａ又は３５ａ
に流れる電流は１２８０チャンネル分の４．６ｂ−５×
１２８０＝５．８ｅ−２Ａ＝５８ｍＡとなる。

【００６７】本実施の形態では総数２５６０チャンネル
を一つの電位を二つの電源で分担して供給しているの
で、電源一つの供給電流は上記のように５８ｍＡでよ
い。もしこれを一つの電位に対して一つの電源だけを使
用した場合は電源として単純に１１６ｍＡの電流容量が
必要となり、電源の大型化と電源の発熱が問題となる。
この大型電源を使用した場合に不測の事態によって電圧
が他の回路、または装置のフレームであって使用者が直
に触れる場所に印加された場合に他の回路や接続されて
いる他の装置の破壊や使用者の感電を招く。

【００６８】一般に約４０Ｖを越える電位が７０ｍＡ以
上流れると人体に悪影響を及ぼすほか、電源や電流路が
発熱して発火しかねないので非常に危険である。

【００６９】本実施例ではこれらの危険性を総て回避で
きる。

【００７０】従って、−２００Ｖ電源３６ａ，３６ｂと
１５０Ｖ電源３５ａ，３５ｂは電流供給による発熱を回
避できるので冷却手段を必要としない上に、不測の事態
が生じて使用者が触れる部分に電位が供給されても感電
という危険な状態が回避できる。

【００７１】上記の実施例は電源手段はそれぞれ−２０
０Ｖ電源３６ａ，３６ｂや１５０Ｖ電源３５ａ，３５ｂ
のようにそれぞれ２つの電源から構成されていたが、装
置の特性に応じて適宜電源数を変えればよい。

【００７２】また、本実施例においては、制御電極１９
がリング状電極２９を備えた構成である場合を例に挙げ
て説明したが制御電極１９の構成は、特に限定されるも
のではない。例えば、図７のようにリング状電極２９を
設ける代わりに、制御電極１９の基板１９ａの両面に複
数本の帯状の行電極４０ａ、列電極４０ｂをマトリック
ス状となるように設け、互いに交差する該帯状の行電極
３９ａと列電極３９ｂに印加する電圧を制御することに
より、トナー担持体１７から対向電極２０へのトナー４
の飛翔を制御するマトリックス制御構成とすることもで
きる。

【００７３】更に、本実施例ではモノクロの単色印字の
画像形成装置であったが複数のトナー供給部１ａ，１
ｂ，１ｃ，１ｄと印刷部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを備
え、それぞれのトナー供給部１にカラートナー、例えば
イエロー（１ａ）、マゼンタ（１ｂ）、シアン（１
ｃ）、ブラック（１ｄ）を使用したカラー画像形成装置
を形成してもよい。

【００７４】尚、本実施例においては、顕像化粒子がト
ナーである場合を例に挙げて説明したが、顕像化粒子は
インク等であってもよい。さらに、トナー供給部２の構
成をイオンフロー法を適用した構成とすることも可能で
ある。つまり、画像形成部はコロナ帯電器等のイオン源
を備えた構成となっていてもよい。この場合において
も、上記と同様の作用・効果を奏することができる。

【００７５】本発明にかかる画像形成装置は、例えば、
ディジタル複写機およびファクシミリ装置の印字部や、
ディジタルプリンタ、プロッタ等に好適に適用すること
ができる。

【００７６】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の画像形成装置
は、以上のように、電位を容量素子を介して切換手段に
印加するので抵抗素子に比較するとパルス電流がほとん
ど流れず電源だけでなく切換手段の電流容量を小さくで
きると同時に、同一の電位を供給する電源を複数使用し
て個々の電源の平均電流を抑えることが可能である。し
たがって、制御電極印加電位の切り換え時に生じる電圧
ドロップを回避できると同時に電流による発熱が回避で
き、発熱の悪影響を回避できるので冷却手段が不要で装
置の小型化、部品点数の削減とコストダウンを図ること
ができる。

【００７７】また、本発明の請求項２記載の画像形成装
置によれば、電源を複数使用して個々の電源の電流を抑
えることが可能でさらに個々の電流容量を７０ｍＡ以下
にするので電流リ０クによる感電、他の回路や装置の破
壊を未然に防止することができ、大掛かりな絶縁対策を
行う必要がない。

【００７８】本発明の請求項３記載の画像形成装置によ
れば、制御電極としてマトリックス制御を使用した場合
でも上記と同様の効果をえることができる。

【００７９】本発明の請求項４記載の画像形成装置によ
れば、カラートナーを使用した場合でも上記と同様の効
果をえることができる。

【００８０】さらに、請求項１乃至請求項４に記載の構
成によれば容量素子をＦＰＣ基盤にプリントすることが
できるので、回路の小型化ができ、部品点数の削減とコ
ストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における画像形成装置の全体
構成を示す概略の説明図である。

【図２】上記画像形成装置が備える制御電極の要部の構
成を示す正面図である。

【図３】上記画像形成装置が備える画像形成部に形成さ
れるトナーを飛翔する場合の等電位面を説明する説明図
である。

【図４】上記画像形成装置が備える画像形成部に形成さ
れるトナーを飛翔させない場合の等電位面を説明する説
明図である。

【図５】上記画像形成装置が備える電圧切換手段によっ
て制御電極に印加される電位と電流を説明する説明図で
ある。

【図６】実施例における制御電源部を説明する説明図で
ある。

【図７】画像形成装置が有する制御電極にマトリックス
制御を適用した場合の電極構成を説明する説明図であ
る。

【図８】実施例における制御電源の電圧切り換え手段の
内の１チャンネルを説明する説明図である。

【図９】画像形成装置の動作開始時の動作を説明する説
明図である。

【図１０】従来技術を説明する説明図である。

【図１１】従来技術における制御手段を説明する説明図
である。

【符号の説明】

３ 画像形成部 ４ トナー（顕像化粒子） ５ 用紙 １７ トナー担持体（担持体） １９ 制御電極 ２０ 対向電極 ２１ 高圧電源部（制御手段） ２９ リング状電極 ３０ ゲート ３２ 制御電源部（制御手段） ３３ 画像信号制御回路 ３５ａ，３５ｂ １５０Ｖ電源（電源手段） ３６ａ，３６ｂ −２００Ｖ電源（電源手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/385 G03G 15/05

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 顕像化粒子を担持する担持体と、 該担持体に対向配置された対向電極と、 これら担持体と対向電極との間に配され、顕像化粒子の
   通過部となる複数個のゲートを有する制御電極と、 上記制御電極と対向電極との間に搬送され、画像を記録
   する記録媒体と、 上記担持体と対向電極との間に所定の電位差を生じさせ
   る電位を付与すると共に、上記制御電極に付与する電位
   を変化させることにより顕像化粒子の上記ゲートの通過
   を制御して上記制御電極と上記対向電極の間に搬送され
   た上記記録媒体上に画像を形成する制御手段とを備えた
   画像形成装置であって、 上記制御手段は、 上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過を含む第
   一の状態を与える第一電位を供給する第一電源手段と、 上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過しない状
   態を含む第二の状態を与える第二電位を供給する第二電
   源手段の少なくとも２個以上の電源手段と、 少なくとも容量成分をもつ部材と、 上記第一，第二電位を含む複数の電位を切り替えて上記
   制御電極に一方の電位を印加する電圧切換手段とからな
   り、 上記第一，第二電源手段の少なくとも一方は同一の電位
   を供給する複数の電源を有し、 上記第一，第二電位の少なくとも一方が容量成分を有す
   る部材を介して上記電圧切換手段に供給されることを特
   徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 上記第一，第二電源手段のいずれも最大
   電流供給能力を７０ｍＡ以下としたことを特徴とする請
   求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 顕像化粒子を担持する担持体と、 該担持体の表面に速度をあたえる駆動手段と、 該担持体に対向配置された対向電極と、 これら担持体と対向電極との間に配され、顕像化粒子の
   通過部となる複数個のゲートを有し、 上記複数のゲートの周囲に設けられ、印加される電位に
   基づいてお互いに対応する開口部を介して顕像化粒子の
   記録媒体への飛翔をそれぞれ選択的に制御する複数の電
   極からなる行電極郡及び列電極郡を含む制御電極と、 上記開口部を通過する顕像化粒子が開口部通過時に該開
   口部中心方向に力を受けるように上記行電極郡及び列電
   極郡の対応する電極に所定の電位を印加する制御手段
   と、 上記の制御手段によって上記行電極郡及び列電極郡の対
   応する電極に所定の電位を印加することにより顕像化粒
   子の上記ゲートの通過を制御して画像を形成する制御手
   段とを備えた画像形成装置であって、 上記制御手段は、 上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過を含む第
   一の状態を与える第一電位を供給する第一電源手段と、 上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過しない状
   態を含む第二の状態を与える第二電位を供給する第二電
   源手段の少なくとも２個以上の電源手段と、 少なくとも容量成分をもつ部材と、 上記第一，第二電位を含む複数の電位を切り替えて上記
   制御電極に一方の電位を印加する電圧切換手段とからな
   り、 上記第一，第二電源手段の少なくとも一方は同一の電位
   を供給する複数の電源を有し、 上記第一，第二電位の少なくとも一方が容量成分を有す
   る部材を介して上記電圧切換手段に供給されることを特
   徴とする画像形成装置。
4. 【請求項４】 複数のカラー粒子からなる複数の顕像化
   粒子と、 上記顕像化粒子を担持する複数の担持体と、 該担持体の表面に速度をあたえる駆動手段と該担持体に
   対向配置された対向電極と、 これら担持体と対向電極との間に配され、顕像化粒子の
   通過部となる複数個のゲートを有し、 上記複数のゲートの周囲に設けられ、印加される電位に
   基づいてお互いに対応する開口部を介して顕像化粒子の
   記録媒体への飛翔をそれぞれ選択的に制御する複数の電
   極からなる第一及び第二電極郡を含む制御電極と、 上記開口部を通過する顕像化粒子が開口部通過時に該開
   口部中心方向に力を受けるように上記第一及び第二電極
   郡の対応する電極に所定の電位を印加する制御手段と、 上記の制御手段によって上記第一及び第二電極郡の対応
   する電極に所定の電位を印加することにより顕像化粒子
   の上記ゲートの通過を制御して画像を形成する制御手段
   とを備えた画像形成装置であって、 上記制御手段は、 上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過を含む第
   一の状態を与える第一電位を供給する第一電源手段と、 上記制御電極のゲートを上記顕像化粒子の通過しない状
   態を含む第二の状態を与える第二電位を供給する第二電
   源手段の少なくとも２個以上の電源手段と、 少なくとも容量成分をもつ部材と、 上記第一，第二電位を含む複数の電位を切り替えて上記
   制御電極に一方の電位を印加する電圧切換手段とからな
   り、 上記第一，第二電源手段の少なくとも一方は同一の電位
   を供給する複数の電源を有し、 上記第一，第二電位の少なくとも一方が容量成分を有す
   る部材を介して上記電圧切換手段に供給されることを特
   徴とする画像形成装置。