JP3514621B2 - 顕像剤帯電器および画像形成装置 - 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、ファクシミリ装置
の印字部、デジタル複写機、デジタルプリンタおよびプ
ロッタなどに適用され、顕像剤によって記録シート上に
画像を形成するために顕像剤を帯電させる顕像剤帯電
器、およびこれを用いた画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】顕像剤としてトナーを用いる画像形成装
置には、主に電子写真方式および直接記録方式の２つの
タイプがある。

【０００３】電子写真方式の画像形成装置では、一般
に、画像情報が光に変換され、その光は予め均一に帯電
された感光ドラムに照射される。これによって、感光ド
ラム上に静電潜像が形成される。次に、トナーを担持し
た担持ローラを感光ドラムに接触させるか、または担持
ローラのトナーを感光ドラムに向けて飛翔させることに
よって、現像が行われる。感光ドラム上のトナーによる
画像は、記録紙に転写され、定着される。

【０００４】たとえば特公平６−１６２１０は、電子写
真方式の先行技術であり、図１４に示すように、感光ド
ラム１０８に対して担持ローラ１０１を接触配置し、担
持ローラ１０１に対して供給ローラ１０５を接触配置し
ている。供給ローラ１０５は、スポンジから成り、担持
ローラ１０１と同一方向に回転して担持ローラ１０１に
トナーを供給する。規制部材１０６は、担持ローラ１０
１のトナーの層厚を規制する。

【０００５】また特開平２−１０１４８５も、電子写真
方式の先行技術であり、図１５（ａ）に示すように、供
給ローラ１２０は、担持ローラ１２１に対して側方に非
接触に配置され担持ローラ１２１にトナーを供給する。
掻き出し部材１２３は、供給ローラ１２０の上方の支持
部１２２に固定され、供給ローラ１２０を圧接する。供
給ローラ１２０の形状は、凹部と凸部とを交互に配置さ
せたものとなっている。また図１５（ｂ）に示すよう
に、供給ローラ１３１は、外周部をスポンジなどの発泡
部材１３０で覆って成り、担持ローラ１２１に対して側
方に非接触に配置され、担持ローラ１２１にトナーを供
給する。掻き出し部材１３２は、供給ローラ１３１に接
触配置され、発泡部材１３０に詰まったトナーを掻き出
している。また図１５（ｃ）に示すように、供給ローラ
１４１は、その外周部にブラシ１４０を植設して成り、
担持ローラ１２１に対して側方に非接触に配置され、担
持ローラ１２１にトナーを供給する。掻き出し部材１４
２は、供給ローラ１４１に接触配置され、ブラシ１４０
に詰まったトナーを掻き出している。

【０００６】さらに特開平８−１７９６０８も、電子写
真方式の先行技術であり、図１６に示すように、供給ロ
ーラ１６３は担持ローラ１６１にトナーを供給する。供
給ローラ１６３は、正多角柱を成し、担持ローラ１６１
に対して側方に非接触に配置される。トナー塗布部材１
６４は、担持ローラ１６１の上方に固定され、供給ロー
ラ１６３に当接する。規制部材１６２は、担持ローラ１
６１のトナーの層厚を規制する。

【０００７】また直接記録方式の画像形成装置では、一
般に、担持ローラと記録紙との間に制御電極を配置さ
せ、記録紙を介して制御電極に対向して対向電極を配置
させており、均一帯電したトナーを担持する担持ローラ
から記録紙へ向かってトナーを飛翔させ、直接記録紙に
画像を形成している。

【０００８】直接記録方式においては、特開平４−４６
３５９および特開平５−２５４１７３にて、供給ローラ
を担持ローラに対して接触配置したもの非接触配置した
例が示されている。が、前者はアパチヤ電極、後者はト
ナーの材料に関するものであり、本発明との関連が薄い
のでその説明は省略する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】電子写真方式の画像形
成装置は、放電現象を用いるので、オゾンの発生など環
境に悪影響を与えることがある。また、画像形成のプロ
セスが複雑であり、装置が大型化するという問題もあ
る。さらに、顕像剤としてトナーを用いて画像形成を行
うプロセスにおいては、安定したトナーの特性、すなわ
ちトナーの帯電量、トナーの搬送量、トナーの層厚など
を均一に確保する必要があるが、上記の従来技術におい
ては、以下に示す問題点を有している。

【００１０】特公平６−１６２１０は、供給ローラ１０
５を現像ローラ１０１に接触させているので、現像領域
を通過した後の現像ローラ１０１上に残存するトナー層
が両者の接触領域にて除去されてしまう。よって、現像
ローラ１０１は、供給ローラ１０５に接触した後にしか
トナーの供給を受けることができない。このように、現
像ローラ１０１の表面は、供給ローラ１０１に接触した
後、層厚規制部材１０６に到達するまでの間に、充分な
量のトナーを補給する必要があるが、トナーの補給量が
不充分である場合、層厚規制部材１０６を通過してもト
ナー層厚が規制されない。その結果、画像濃度の均一性
が損なわれることがあり、好ましくない。また、供給ロ
ーラ１０５は、円筒状を成すので、回転させてもトナー
を搬送する能力は低く、充分な量のトナーを供給するこ
とができない。

【００１１】特開平２−１０１４８５は、供給ローラの
形状に起因する下記の問題を有している。図１５（ａ）
では、掻き出し部材１２３は、ローラ１２０が回転する
ときに、ローラ１２０表面の凹凸に合わせて変形するの
で、ローラ１２０にかかる負荷が変動し、トルクも変動
しやすくなってしまう。その結果、トナーの供給量にば
らつきを生じ、画像ムラを発生するという問題がある。
図１５（ｂ）では、発泡部材１３０にトナーが詰まり、
詰まったトナーを掻き出すために掻き出し部材１３２を
発泡部材１３０に強く押し付ける必要がある。したがっ
て、図１５（ａ）と同様にトルク変動があり、画像ムラ
を発生する。図１５（ｃ）では、ブラシ１４０からトナ
ーを掻き出すために掻き出し部材１４２をブラシ１４０
に強く接触させる必要があり、やはりトルク変動によっ
て画像ムラを発生する。また、ブラシ特有の問題とし
て、抜け毛が挙げられる。抜け毛が生じると、長期間安
定してトナーを供給することが困難になる。あるいは、
抜け毛が異物としてトナー中に混入し、均一なトナー供
給を阻害してしまう。よって、画像ムラ、または画像中
に規則的に現れる白スジであるホワイトラインノイズが
現れ、好ましくない。

【００１２】特開平８−１７９６０８は、トナー収容槽
を備えておらず、トナーは上方から供給ローラ１６３に
よって、現像ローラ１６１に導かれる。トナー塗布部材
１６４は、供給ローラ１６３に対して上方から当接する
ので、トナーは供給ローラ１６３と側壁との狭い空間を
通って供給されるため、トナー供給が不足する場合があ
り、画像品位を劣化させる要因となってしまう。

【００１３】本発明の目的は、安定してトナーを供給で
きる顕像剤帯電器、および小型で簡易なプロセスによる
画像形成が可能な画像形成装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、記録シートに
付着させるための顕像剤を収容する収容槽と、収容槽に
対して水平方向に隣合って軸支され、収容槽から顕像剤
を供給する多角柱状の供給ローラと、供給ローラに対し
て収容槽の反対側に隣合って非接触に軸支され、供給さ
れた顕像剤を担持して供給ローラと逆回転する担持ロー
ラと、供給ローラの回転軸および担持ローラの回転軸の
間の下方に支持され、顕像剤を摩擦帯電させて、担持ロ
ーラ上の顕像剤の層厚を規制する規制部材と、供給ロー
ラ付近に支持され、供給ローラを押圧する可撓性の押圧
部材とを備え、押圧部材が、規制部材の支持位置と同一
の位置に支持され、担持ローラ、供給ローラ、規制部材
および押圧部材に囲まれて内部空間が形成されることを
特徴とする顕像剤帯電器である。

【００１５】本発明に従えば、収容槽、供給ローラおよ
び担持ローラを水平方向に並べて配置することによっ
て、顕像剤の搬送領域を広く確保することができ、充分
な量の顕像剤を供給することができる。これによって、
本発明の顕像剤帯電器を様々な方式、たとえば電子写真
方式、直接記録方式またはイオンフロー方式などに適用
することができ、非常に汎用的な顕像剤帯電器を提供す
ることができる。また、供給ローラの形状を多角柱と
し、供給ローラを担持ローラに対して非接触に配置し、
供給ローラの回転方向を担持ローラの回転方向と逆方向
とすることによって、担持ローラに充分な量の顕像剤を
供給することが可能である。さらに、可撓性の押圧部材
で供給ローラを押圧することによって、印字によって顕
像剤が消費された領域に顕像剤を補給する能力、すなわ
ち追従性を向上させることができ、ホワイトラインノイ
ズ、画像ムラのない良好な画像を得ることができる。

【００１６】

【００１７】さらに、担持ローラ、供給ローラ、規制部
材および押圧部材によって、これらに取囲まれる内部空
間が構成され、内部空間内に充分な粉体圧を付与するこ
とができるので、担持ローラに充分な量の顕像剤を供給
することができ、画像品位を向上することができる。

【００１８】また本発明は、前記供給ローラおよび担持
ローラは、金属材料からなり、前記顕像剤は、スチレン
アクリル系樹脂およびシリカを含み、平均粒子径が１０
μｍであり、供給ローラと担持ローラとの最近接距離
は、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、金属材料からなる供給ロ
ーラおよび担持ローラと、スチレンアクリル系樹脂およ
びシリカを含み、平均粒子径が１０μｍである顕像剤と
を用い、担持ローラと供給ローラとの間の最近接距離を
０．５ｍｍ以下とすることによって、内部空間を安定し
て形成することができ、充分な量の顕像剤を供給でき、
追従性に優れた顕像剤帯電器を提供することができる。

【００２０】また本発明は、前記規制部材は、ゴム材料
からなり、前記規制部材が担持ローラに接触する点と、
供給ローラとの最近接距離は、担持ローラの半径以下で
あることを特徴とする。

【００２１】本発明に従えば、ゴム材料からなる規制部
材を用い、担持ローラと規制部材との接点と供給ローラ
との間の最近接距離を担持ローラの半径以下とすること
で、内部空間をさらに安定して形成することができ、充
分な量の顕像剤を供給でき、追従性に優れた顕像剤帯電
器を提供することができる。

【００２２】また本発明は、前記供給ローラの回転速度
は、担持ローラの回転速度の０．７５〜１．２５倍の範
囲にあることを特徴とする。

【００２３】本発明に従えば、適度の速度比を持たせる
ことで、顕像剤の供給量を充分に確保することができ、
確実に顕像剤を供給して、高品位の画像形成が可能とな
る。

【００２４】また本発明は、記録シートに付着させるた
めの顕像剤を収容する収容槽と、収容槽に対して水平方
向に隣合って軸支され、収容槽から顕像剤を供給する多
角柱状の供給ローラと、供給ローラに対して収容槽の反
対側に隣合って非接触に軸支され、供給された顕像剤を
担持して供給ローラと逆回転する担持ローラと、供給ロ
ーラの回転軸および担持ローラの回転軸の間の下方に支
持され、顕像剤を摩擦帯電させて、担持ローラ上の顕像
剤の層厚を規制する規制部材と、供給ローラ付近に支持
され、供給ローラを押圧する可撓性の押圧部材と、担持
ローラと、その上方に設けられる記録シートの搬送路と
の間に配置され、記録シートに画像を形成するために顕
像剤粒子の通過が可能な複数の貫通孔を有し、顕像剤の
飛翔を制御する制御電極と、担持ローラに対向して搬送
路の上方に配置され、電圧印加が可能な対向電極とを備
え、押圧部材が、規制部材の支持位置と同一の位置に支
持され、担持ローラ、供給ローラ、規制部材および押圧
部材に囲まれて内部空間の形成されることを特徴とする
画像形成装置である。

【００２５】本発明に従えば、直接記録方式により電子
写真方式と同等の高品位の画像を得ることができ、さら
に、電子写真方式に比べて、光学系および感光体などが
不要となり、装置規模を小型化することが可能で、コス
トを低減化することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
画像形成装置１０を簡略化して示す断面図であり、図２
は画像形成装置１０の一部を拡大して示す断面図であ
る。画像形成装置１０は、シート供給部４、印字部１、
定着部６およびコントローラ部７を備え、直接記録方式
によって記録シートＰに画像を記録する装置である。な
お、以下の説明においては、負電荷のトナーに対する画
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、それに応じて各部材の印加電圧の極性を
設定すればよい。

【００２７】シート供給部４は、画像形成装置１０本体
の側部に設けられ、記録シートＰを収容するシート収容
部４０、ピックアップローラ４１、レジストローラ４
２、記録シートガイド板４３および記録シート押さえ板
４４、さらに図示しない記録シート感知センサおよび駆
動回路を備える。ピックアップローラ４１は、シート収
容部４０から記録シートＰを送り出す。レジストローラ
４２は、一対のローラであり、送り出された記録シート
Ｐを印字のタイミングに合わせて印字部１へ搬送する。
記録シートガイド板４３および記録シート押さえ板４４
は、搬送される記録シートＰを印字部１に案内する。記
録シート感知センサは、記録シートＰが供給されたこと
を検出する。駆動回路は、ピックアップローラ４１およ
びレジストローラ４２を回転駆動する。

【００２８】印字部１は、鉛直方向の下方から上方に向
かって並ぶトナー帯電器３、飛翔制御部材２および対向
電極１１を備える。トナー帯電器３は、顕像剤であるト
ナーＴを所定の極性および帯電量に帯電させ、所定量の
トナー供給を行う。飛翔制御部材２は、トナー帯電器３
によって供給されたトナーＴの飛翔制御を行う。対向電
極１１は、飛翔制御部材２を介してトナー帯電器３と対
向配置される。これによって、印字部１は、鉛直方向の
下方から上方に向かって、トナーＴを飛翔させることが
できる。

【００２９】定着部６は、印字部１に対して、記録シー
トＰの搬送方向下流側に設けられ、ヒータ６１を内包し
たヒートローラ６２、圧力ローラ６３および温度センサ
６４を備え、記録シートＰを加熱および加圧することに
よって、印字部１にて記録シートＰ上に形成されたトナ
ー像を記録シートＰに定着させる。ヒートローラ６２お
よび圧力ローラ６３は、互いに対向配置され、それぞれ
の軸の端部同士を図示しないコイルスプリングで連結さ
れる。コイルスプリングには、たとえば２ｋｇの荷重が
加えられる。これによって、ヒートローラ６２および圧
力ローラ６３は、記録シートＰを挟んで加圧することが
できる。温度センサ６４は、ヒートローラ６２に対向配
置され、ヒートローラ６２の表面温度を測定する。

【００３０】また、定着部６は図示しない排出センサ、
排出ローラおよび排出トレイを備えている。排出センサ
は、記録シートＰが排出されたことを検知する。排出ロ
ーラは、定着部６の下流側に設けられ、定着処理後の記
録シートＰを機外に排出する。排出トレイは、排出され
た記録シートＰを受けるトレイである。上記のヒートロ
ーラ６２、圧力ローラ６３、および排出ローラは、図示
しない駆動装置によって回転駆動される。

【００３１】ヒータ６１、ヒートローラ６２、圧力ロー
ラ６３などの材質およびヒートローラ６２の表面温度
は、トナーＴの材質などの物性によって適宜決められ
る。たとえば、ヒートローラ６２は厚さ２ｍｍのアルミ
ニウム管から成り、ヒータ６１はハロゲンランプから成
り、圧力ローラ６３はシリコン樹脂などから成り、ヒー
トローラ６２の表面温度は１５０℃である。なお、定着
部６は、記録シートＰを加熱のみ、もしくは加圧のみの
作用によってトナー像を定着させる構成としてもかまわ
ない。

【００３２】コントローラ部７は、ピックアップローラ
４１、レジストローラ４２、ヒートローラ６２、圧力ロ
ーラ６３および排出ローラの駆動回路を制御する。ま
た、コントローラ部７は、温度センサ６４からの測定値
を受けて、この測定結果に基づいて、ヒータ６１のオン
／オフなどを制御し、ヒートローラ６２の表面温度を例
えば、１５０℃に保持する。なお、これ以降に説明する
駆動回路も、コントローラ部７によって制御される。

【００３３】図３は、トナー帯電器３の構成を示す断面
図である。トナー帯電器３は、収容槽３９、撹拌ローラ
３７、供給ローラ３３、押圧部材３４、規制部材３２、
担持ローラ３１、筺体３６および図示しない攪拌ローラ
３７の駆動回路を備える。収容槽３９は、記録シートに
付着させるトナーを収容している。撹拌ローラ３７は、
収容槽３９内に設けられ、方向Ω１に回転駆動され、適
宜、収容槽３９内のトナーＴを撹拌する。撹拌ローラ３
７の撹拌によって、収容槽３９内でのトナーＴの偏在を
防ぐことができる。供給ローラ３３は、収容槽３９に対
して、パーティション３８を介して水平方向に隣合って
配置される。パーティション３８は、収容槽３９の一部
であり、撹拌ローラ３７および供給ローラ３３の間に配
置する。担持ローラ３１は、供給ローラ３３に対して収
容槽３９の反対側に、かつ供給ローラ３３に非接触に軸
支される円筒状のローラである。筺体３６は、担持ロー
ラ３１および供給ローラ３３を収容する。

【００３４】規制部材３２は、供給ローラ３３の回転軸
および担持ローラ３１の回転軸の間の下方で、かつ筺体
３６の内壁に、その下部が支持される板状の部材であ
り、担持ローラ３１に圧接されトナーＴに所定の電荷を
付与するとともに担持ローラ３１の外周面に担持される
トナー層の厚さを規制するものである。押圧部材３４
は、規制部材３２と同じく、供給ローラ３３の回転軸お
よび担持ローラ３１の回転軸の間の下方でかつ筺体３６
の内壁に、支持される。押圧部材３４の上部は、供給ロ
ーラ３３を押圧する。

【００３５】内部空間３５は、担持ローラ３１、供給ロ
ーラ３３、規制部材３２、押圧部材３４に囲まれて形成
され、規制部材３２に対して、適度な粉体圧を与えるよ
うに構成されている。

【００３６】以上述べたように、トナー帯電器３は、収
容槽３９、供給ローラ３３、担持ローラ３１が水平方向
に並べて配置されており、トナーの搬送領域をＡ〜Ｂと
し、従来技術（図１４、図１６のＣ〜Ｄの領域）と比較
して広く確保できるよう構成されている。

【００３７】担持ローラ３１の表面には、数μｍ〜十数
μｍの凹凸が形成されており、トナーＴは規制部材３２
によって担持ローラ３１の凹凸面に圧接され、摩擦帯電
によって所定の電荷が付与されるとともに、層厚規制さ
れ、印字領域に搬送される。担持ローラ３１としては、
アルミニウムなどの金属材料、ウレタン、シリコン、Ｅ
ＰＤＭ（エチレンプロピレン）などのゴム材料またはこ
のゴム材料にカーボンブラック、イオンなどの導電剤を
添加したものなどが用いられる。担持ローラ３１は、図
示しない駆動回路によって、方向Ω２に、たとえば速度
６０ｍｍ／ｓで回転駆動される。なお、担持ローラ３１
は、トナーＴの飛翔性を制御する上で必要に応じて、接
地もしくは所定電位に設定される。

【００３８】規制部材３２は弾性タイプの部材であり、
ＳＵＳ（ステンレス）、リン青銅、ニッケルコートした
鉄などの金属、ウレタン、シリコーン、ＥＤＰＭ（エチ
レンプロピレン）などのゴム材料およびこのゴム材料に
カーボンブラック、イオンなどの導電剤を添加したもの
が使用できる。また、弾性タイプに限らず、剛性タイプ
を用いてもかまわない。

【００３９】供給ローラ３３は、正六角柱状のローラで
あり、担持ローラ３１と連動して方向Ω２とは逆の方向
Ω３に回転駆動される。供給ローラ３３の材料として
は、ＳＵＳ、アルミニウムなどの金属、またはポリアセ
タールなどの樹脂材料が用いられる。

【００４０】トナーＴは、スチレンアクリル、ポリエス
テルなどより成る主樹脂に着色剤、帯電制御剤、離型剤
を含有し、シリカ、チタニアなどの外添剤が添加された
非磁性１成分トナーである。または、さらに磁性粉が添
加された磁性トナーが用いられる。

【００４１】担持ローラ３１の表面の凹凸、すなわち表
面の粗さ、規制部材３２の線圧およびこれら部材の材料
は必要とされるトナーＴの帯電量、搬送量、層厚に応じ
て決定すればよい。

【００４２】図４（ａ）は図１の飛翔制御部材２を詳し
く示す平面図であり、図４（ｂ）はその断面斜視図であ
る。飛翔制御部材２は、複数の制御電極２３、絶縁層２
５、複数のレンズ電極２６およびカバーレイヤ２７を備
え、担持ローラ３１の上方の取付台２１に取り付けられ
て担持ローラ３１に対向配置され、担持ローラ３１にて
搬送されるトナーＴの飛翔制御を行う。

【００４３】制御電極２３は、絶縁層２５の表面に形成
され、貫通孔２３ａを有するリング状の電極であり、カ
バーレイヤ２７に覆われる。レンズ電極２６は、絶縁層
２５の裏面に形成され、貫通孔２６ａを有するリング状
の電極であり、カバーレイヤ２７に覆われる。絶縁層２
５およびカバーレイヤ２７は、たとえばポリイミド樹脂
から成り、厚さ２５μｍに形成される。制御電極２３
は、たとえば厚さ１８μｍの銅箔から成り、所定の配列
に従って配置されている。レンズ電極２６は、制御電極
２３と同様に１８μｍの銅箔より成り、制御電極２３に
対し全面均一配置、あるいは、各行（図４（ａ）のＬ方
向）ごとに分割配置してもよい。制御電極２３およびレ
ンズ電極２６の電極径は、たとえば２３０μｍ、２８０
μｍである。絶縁層２５およびカバーレイヤ２７も、そ
れぞれ貫通孔２５ａ，２７ａを有し、貫通孔２５ａ，２
７ａは、担持ローラ３１から対向電極１１へ飛翔するト
ナーＴを通過させるゲート２２を構成する。各ゲート２
２は、その中心が制御電極２３、レンズ電極２６の中心
と一致するように構成され、ゲート２２の開口径はたと
えば１６０μｍとされる。

【００４４】飛翔制御部材２は、制御電極２３に画像情
報に応じた電圧を印加することによって、ゲート２２を
電気的に開閉し、担持ローラ３１から対向電極１１へ向
かうトナーＴの通過量を選択的に制御する。

【００４５】なお上記の各電極の径、ゲート２２の開口
径、絶縁層２５および電極の材質や厚さなどは、特に限
定されるものではない。レンズ電極２６は、トナー流の
収束、電界に対するシールド効果などを目的として配し
たものであり、必要に応じて設ければよい。また、飛翔
制御部材２として、制御電極２３上にカバーレイヤ２７
を介してシールド電極を設けた構成としてもかまわな
い。

【００４６】図５は、印字部１の電気的な構成を示す図
である。制御電極２３は、給電線２４を介して電源７２
に接続されている。制御電極２３上には、上記のように
カバーレイヤ２７が形成されており、制御電極２３およ
び給電線２４の間、および制御電極２３と給電線２４と
の間の絶縁性ならびに担持ローラ３１、対向電極１１と
の絶縁性が確保されている。制御電極２３には、電源７
２により画像情報に応じてパルス形状の電圧が印加され
る。電源７２は、担持ローラ３１に担持されたトナーＴ
を対向電極１１に向けて飛翔させる場合には、制御電極
２３にオン電圧たとえば＋３００Ｖを印加し、飛翔を阻
止する場合には、オフ電圧たとえば０Ｖを印加する。ま
た対向電極１１には、対向電極用電源７１によって、印
字動作時にたとえば２ｋＶの電圧が印加される。

【００４７】一般に、対向電極１１と担持ローラ３１と
の間の電界としては、担持ローラ３１から飛翔したトナ
ーＴが飛翔制御部材２に付着して目詰まりを生じさせな
いこと、飛翔制御部材２を通過したトナーＴの軌道が拡
がらないこと、記録シートＰ上に付着したトナーＴの飛
散を抑制することが要求される。一方、担持ローラ３１
の外周面と制御電極２３との間の距離は、たとえば１０
０μｍとなるように設けられている。このような条件下
において、電源７２によって画像情報に応じた電圧が制
御電極２３に印加されると、担持ローラ３１上のトナー
層に作用する電界が変化し、トナーＴの飛翔が制御され
る。なお、制御電極２３と対向電極１１および担持ロー
ラ３１の間の距離は、上記に示した数値に特に限定され
るものではない。

【００４８】なお、コントローラ部７は、電源７２およ
び対向電極用電源７１の他に、画像形成装置全体を制御
する主制御部、得られた画像データを印字すべき画像デ
ータの形式に変換する画像処理部、変換された該画像デ
ータを記憶する画像メモリ、画像処理部から得られた画
像データを飛翔制御部材２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７ａなどを備えている。

【００４９】次に、画像形成装置１０の動作について、
説明する。まず、図示されないホストコンピュータから
の画像信号がコントローラ部７に送られると、コントロ
ーラ部７では、画像信号をプリント開始信号や記録媒体
サイズなどの制御信号と画像情報とに分離し、プリント
開始信号によりピックアップローラ４１を回転させ、シ
ート収容部４０に収容されている記録シートＰをレジス
トローラ４２に当接するまで送り出す。このときに、シ
ート収容部４０に設けられたシート検出センサによっ
て、記録シートＰがあることが確認された上で、ピック
アップローラ４１の動作が開始される。次に、レジスト
ローラ４２が等速回転し、記録シートＰは、一定速度
で、記録シート押さえ板４４によって記録シートガイド
板４３に押し付けられながら、印字部１へ搬送される。
レジストローラ４２の回転動作の開始に同期して、コン
トローラ部７の画像形成制御ユニットにおいて、画像情
報の処理が開始される。記録シートＰはレジストローラ
４２に当接した状態から搬送されるため、画像形成制御
ユニット７ａ内で計算された所定の位置から印字が開始
される。

【００５０】次に、印字部１での動作について説明す
る。撹拌ローラ３７により偏りなく均一に撹拌されたト
ナーＴは、筐体３６に供給され、供給ローラ３３により
内部空間３５に送り込まれる。内部空間３５のトナーＴ
は、適度な粉体圧で担持ローラ３１に供給される。トナ
ーＴは、担持ローラ３１および規制部材３２によって、
圧接、摺擦されて所定の極性に帯電される。極性は、負
極性でも正極性でもよい。担持ローラ３１の回転によっ
て、担持されたトナーは飛翔制御部材２のゲート２２に
対向する位置まで搬送される。ここで、制御電極２３に
オン電圧が印加されると、担持ローラ３１上のトナー層
には、担持ローラ３１に対して凸となる電位分布が形成
される。トナー層内の電界強度に応じて、トナーＴは、
担持ローラ３１からゲート２２に向かって飛翔し、ゲー
ト２２を通過する。さらに対向電極１１に向かって飛翔
するトナーは、記録シートＰに付着する。印字部１を通
過した記録シートＰは、開口部５１を通して吸引保持さ
れて定着部６に搬送され、加熱、圧着によって記録シー
トＰ上に安定した像を得る。

【００５１】図６は、Ｌ１，Ｌ２の定義を説明する図で
ある。図６に示すように、 Ｌ１：供給ローラ３３と担持ローラ３１との最近接距離 Ｌ２：供給ローラ３３の外接円と、担持ローラ３１およ
び規制部材３２の接点との間の最近接距離 と定義する。以下に、担持ローラ３１、ブレード３２お
よび供給ローラ３３の材料、形状を、下記の表１に示す
とおりとし、距離Ｌ１、距離Ｌ２、供給ローラ３３の回
転方向および回転速度、押圧部材３４の取付位置を変更
し、供給されるトナーＴの追従性および画像形成装置１
０によって形成される画像の評価を行った。追従性は、
担持ローラ３１上のトナー層を除去し、除去した領域の
トナー層が初期状態に回復するまでの担持ローラの回転
数で評価した。トナー層の状態は、主としてトナー層の
表面電位をモニタすることによって評価し、トナーＴの
搬送量、トナーＴの帯電量および電界２ｋＶ／ｍｍでの
トナーＴの飛翔性の確認を行った。なお、用いたトナー
Ｔは、主樹脂としてスチレンアクリル系樹脂、外添剤と
してシリカ、平均粒子径が１０μｍである。飛翔性の観
点から、低抵抗の外添剤の添加処理が施されている。

【００５２】

【表１】

【００５３】図７は、押圧部材３２の取付位置を説明す
る図である。押圧部材３４の取付位置は、図７に示すよ
うに、１）担持ローラ３１と規制部材３２とが接する接
点ｃと、供給ローラ３３の回転中心ａとを結ぶ直線が供
給ローラ３３の外接円を二分する円弧ｄｅ上において、
ブレード３２が配される側の円周上の点ｆで押圧部材３
４が供給ローラ３３に接する位置、２）逆に規制部材３
２が配されない側の円周上の点ｇで押圧部材３４が供給
ローラ３３に接する位置、３）押圧部材３４なし、のい
ずれかとし、以上の３条件についてトナーＴの追従性を
調べた。なお、供給ローラ３３の回転方向は、担持ロー
ラ３１のものとは逆方向とし、回転速度は同速度とし
た。

【００５４】図８は、押圧部材３２とトナーＴの追従性
との関係を示すグラフであり、上記各条件での評価結果
を示している。押圧部材３４の取付位置がｆ点で押圧す
るような位置の場合には、担持ローラ３１が１回転する
ことで、トナー層は初期状態に回復し、理想的であるこ
とがわかる。一方、押圧部材３４の取付位置がｇ点で押
圧するような位置の場合、また押圧部材３４を設けない
場合、トナー層が回復するまでに２回転以上を要し、好
ましくない。押圧部材３４がｇ点で供給ローラ３３に接
するためには、押圧部材３４を供給ローラ３３の上方に
配置しなければならないので、１）押圧部材３４がトナ
ー収容槽３９から供給ローラ３３へ向かうトナーを遮断
し、トナーが押圧部材３４上に堆積するので、供給ロー
ラ３３の供給能力が低下すること、２）内部空間３５が
広くなり、内部空間３５内で充分な粉体圧を与えること
ができないので、供給ローラ３３の供給能力が低下する
こと、などが考えられる。また、押圧部材３４を配しな
い場合も、やや粉体圧が低下していると考えられ、除去
したトナー量と同量のトナーＴを直ちに補給するのは困
難である。

【００５５】上記３条件の押圧部材３４の位置につい
て、画像形成装置１０で印字評価を行ったところ、押圧
部材３４がｆ点で供給ローラ３３に接する場合には、画
像濃度も充分であり、かつ濃度ムラもない良好な画像が
得られた。一方、押圧部材３４がｇ点で供給ローラ３３
に接する場合には、画像濃度が低く、濃度ムラも見ら
れ、画像としては著しく劣化したものであった。また、
押圧部材３４を取付けない場合、担持ローラ３１の１回
転目に相当する画像領域では、比較的濃度の高い画像が
得られているものの、次第に濃度低下が現れた。したが
って、押圧部材３４がｆ点で供給ローラ３３に接するよ
うに押圧部材３４を配置すること、すなわち図７に示す
ように配置するのが最適である。

【００５６】図９は、供給ローラ３３の回転方向とトナ
ーＴの追従性との関係を示すグラフである。図９では、
供給ローラ３３の回転方向に関して、トナーＴの追従性
を確かめた。すなわち、供給ローラ３３の回転方向を担
持ローラ３１の回転方向と同方向とした場合と、逆方向
とした場合とで、トナーＴの追従性を確かめた。

【００５７】図９によれば、同方向の場合、追従性は著
しく低下しており、トナー供給量も不充分なものである
のに対して、逆方向の場合、追従性は良好で、トナー供
給量は充分である。これは、同方向の場合、供給ローラ
３３によって供給されたトナーＴが押圧部材３４との接
触部で除去されるので、トナー供給量が低下し追従性が
悪化するのに対し、逆方向の場合、押圧部材３４によっ
てトナーＴが除去されない、または除去されても担持ロ
ーラ３１に供給されるので、トナー供給量が充分である
ため、と考えられる。よって、供給ローラ３３の回転方
向は、担持ローラ３１と逆方向とするのが好ましい。

【００５８】図１０は、Ｌ１とトナーＴの追従性との関
係を示すグラフである。Ｌ１を０．３ｍｍ〜１ｍｍの範
囲で変化させたときに、トナーの追従性を確かめ、Ｌ１
と追従性との関係を図１０に記した。図１０によれば、
Ｌ１が大きくなるにつれて、追従性が低下する傾向が見
られる。このときトナー供給量が低下することも観測さ
れており、これはＬ１が大きくなると、内部空間３５の
開放部が大きくなり、内部空間３５内の粉体圧が低下す
ることによるもの、と考えられる。Ｌ１を０．３ｍｍよ
りも小さく設定すると、供給ローラ３３と担持ローラ３
１とが接触する確率が高くなり、担持ローラ３１に付着
するトナー層が乱され、安定したトナー供給が行われな
くなるため、好ましくない。

【００５９】この点に関しては、担持ローラ３１の振れ
を小さくする、あるいは、供給ローラ３３の加工精度を
向上するという方策も挙げられるが、コスト高となり得
策ではない。Ｌ１の値として、０．５ｍｍおよび１ｍｍ
の２条件を採用し、画像形成装置１０によって形成され
る画像の評価を行ったところ、前者の場合は、均一な画
像が得られていたが、後者に関しては濃度低下、濃度ム
ラが発生し、前者と比較すると劣化したものであった。
よって、Ｌ１の値は、０．５ｍｍ以下とするのが良く、
さらに０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内に設定するのが
好ましい。

【００６０】図１１は、Ｌ２とトナーＴの追従性との関
係を示すグラフである。担持ローラ３１に対する規制部
材３２の配置を変えることでＬ２を変更して、トナー追
従性に対する影響を測定した結果を図１１に記した。追
従性は、Ｌ２が５〜１２ｍｍの範囲では良好であるが、
１５ｍｍまで拡げると不良になる。なお、Ｌ２が５〜１
２ｍｍの範囲にあるということは、Ｌ２は、ほぼ担持ロ
ーラ３１の半径と同一であることを示している。

【００６１】よって、Ｌ２を担持ローラ３１の半径以上
に設定すると、図７内において、規制部材３２と担持ロ
ーラ３１との接点が担持ローラ３１の鉛直方向の垂線よ
りも左側に位置することとなり、内部空間３５内の粉体
圧が低下し、規制部材３２と担持ローラ３１との接点へ
のトナー供給が充分に行われないことに起因すると考え
られる。Ｌ２の最小値については、各部材間の接触の有
無を含めた物理的配置、規制部材３２の線圧と内部空間
３５内の粉体圧との関係によって制限され、少なくとも
３ｍｍ以上は必要である。

【００６２】またＬ２の値として、８ｍｍ、１２ｍｍ、
１５ｍｍの３条件を設定し、画像形成装置１０によって
形成される画像の評価を行った。Ｌ２＝８ｍｍ、１２ｍ
ｍにおいては、良好な画像が得られていたが、Ｌ２＝１
５ｍｍの条件では、トナー濃度が薄く、記録シートＰの
搬送方向にムラの見られる不良なものであった。よっ
て、Ｌ２の値としては、５〜１２ｍｍの範囲内に設定す
るのが好ましい。Ｌ２が５〜１２ｍｍの範囲内にあると
いうことは、Ｌ２が担持ローラ３１の半径以下であるこ
とを示している。

【００６３】図１２は、担持ローラ３１に対する供給ロ
ーラ３３の回転速度比とトナーＴの追従性との関係を示
すグラフである。供給ローラ３３の担持ローラ３１に対
する回転速度の比（以下、周速比と記す）を０．５〜
１．５の間で変化させたときの追従性の結果を図１２に
記した。

【００６４】図１２によれば、周速比が０．７５〜１．
２５の範囲においては、担持ローラ３１がほぼ１回転す
ることによって、トナー層は初期状態に戻りやすく、周
速比が０．７５以下および１．２５以上では追従性が著
しく低下している。周速比０．７５以下では、供給ロー
ラ３３の回転速度を遅くしたことによって、トナーＴの
供給能力が低下し、周速比１．２５以上では、供給ロー
ラ３３の周囲でトナーがブリッジ状となり、同様に供給
能力が低下して、追従性を悪くしていると考えられる。
画像形成装置１０での画像評価においても、周速比を
０．７５〜１．２５の範囲で設定した場合は、画像濃
度、濃度ムラとも許容範囲内のものが得られているが、
上記範囲外では濃度、ムラともに劣ったものであった。
よって、供給ローラ３３の担持ローラ３１に対する回転
速度の比を、０．７５〜１．２５の範囲に設定するのが
好ましい。

【００６５】図１３は、供給ローラ３３の形状と供給ロ
ーラ３３と担持ローラ３１との位置関係、すなわち、非
接触に配置した場合と接触配置した場合におけるトナー
Ｔの追従性を示したグラフである。当図は、トナーの除
去後、担持ローラ３１が１回転した時のトナーの供給
量、帯電量および電界強度２ｋＶ／ｍｍでの飛翔濃度を
初期値に対する比率で表している。供給ローラ３３を非
接触配置した場合は、上記の結果を基に、押圧部材３４
の供給ローラ３３への押圧位置はｆ点、供給ローラ３３
の回転方向は担持ローラ３１と逆方向、供給ローラ３３
の回転速度を担持ローラ３１と同一とし、Ｌ１＝０．３
ｍｍ、Ｌ２＝８ｍｍとした。接触配置した場合は、Ｌ１
＝０ｍｍとした以外は上記と同条件であり、材質として
ポリウレタンフォームのものを用い、φ１０ｍｍの円筒
形状とした。

【００６６】図１３によれば、正六角形、非接触型の供
給ローラを用いた場合では、帯電量の回復は悪いものの
搬送量、飛翔濃度ともほぼ初期値と同等であるのに対
し、接触円筒型のものでは、帯電量は初期値に回復して
いるが搬送量の低下が著しく、また、飛翔濃度も低下し
ている。担持ローラ３１が１回転したときの帯電量の値
は、 正六角柱、非接触型のとき：−３．７μＣ／ｇ 接触円筒型のとき：−５．２μＣ／ｇ であり、両者の差は小さく、飛翔性に影響を及ぼさない
範囲内にある。したがって、飛翔濃度の差は搬送量の差
が支配的であり、正六角形、非接触型供給ローラの方
が、接触円筒型のものより追従性に優れていることがわ
かる。

【００６７】また、画像形成装置１０で実際に印字を行
ってみたところ、正六角形、非接触型の場合は均一な画
像が得られたものの、接触円筒型においては、画像に濃
度ムラが生じ、著しく劣化したものとなった。よって、
接触円筒型よりも、非接触で正六角柱の供給ローラ３３
とするのが好ましい。

【００６８】なお、図３のトナー帯電器３は、図１の直
接記録方式の画像形成装置１０に限らず、電子写真方
式、イオンフロー方式、または他の直接記録方式、たと
えば飛翔制御部材２を除去して対向電極をセグメント形
式とし、所定のセグメントに画像信号を入力する方式な
どにも使用可能である。その際には、担持ローラ３１上
でのトナーの飛翔方向、あるいは接触領域と他の部材配
置より装置全体の構成を考えればよい。

【００６９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、収容槽、
供給ローラおよび担持ローラを水平方向に並べて配置
し、供給ローラの形状を多角柱とし、供給ローラを担持
ローラに対して非接触に配置し、供給ローラの回転方向
を担持ローラの回転方向と逆方向とし、可撓性の押圧部
材で供給ローラを押圧することすることで、担持ローラ
に充分な量の顕像剤を供給でき、汎用的な顕像剤帯電器
を提供でき、追従性を向上させることができ、画像ムラ
のない良好な画像を得ることができる。

【００７０】さらに、担持ローラ、供給ローラ、規制部
材および押圧部材によって、これらに取囲まれる内部空
間が構成されて、担持ローラに充分な量の顕像剤を供給
することができ、画像品位を向上することができる。

【００７１】また本発明によれば、金属材料からなる供
給ローラおよび担持ローラと、スチレンアクリル系樹脂
およびシリカを含み、平均粒子径が１０μｍである顕像
剤とを用い、担持ローラと供給ローラとの間の最近接距
離を０．５ｍｍ以下とすることによって、内部空間を安
定して形成することができ、充分な量の顕像剤を供給で
き、追従性に優れた顕像剤帯電器を提供することができ
る。

【００７２】また本発明によれば、ゴム材料からなる規
制部材を用い、担持ローラと規制部材との接点と供給ロ
ーラとの間の最近接距離を担持ローラの半径以下とする
ことで、内部空間をさらに安定して形成することがで
き、充分な量の顕像剤を供給でき、追従性に優れた顕像
剤帯電器を提供することができる。

【００７３】また本発明によれば、速度比を０．７５〜
１．２５とすることで、高品位の画像形成が可能であ
る。

【００７４】また本発明によれば、直接記録方式によっ
て、高品位の印字が可能となり、電子写真方式に比べ
て、装置規模を小型化することが可能で、コストを低減
化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である画像形成装置１０を
簡略化して示す断面図である。

【図２】画像形成装置１０の一部を拡大して示す断面図
である。

【図３】トナー帯電器３の構成を示す断面図である。

【図４】図４（ａ）は図１の飛翔制御部材２を詳しく示
す平面図であり、図４（ｂ）は飛翔制御部材２の断面斜
視図である。

【図５】印字部１の電気的な構成を示す図である。

【図６】Ｌ１，Ｌ２の定義を説明する図である。

【図７】押圧部材３２の取付位置を説明する図である。

【図８】押圧部材３２の取付位置とトナーＴの追従性と
の関係を示すグラフである。

【図９】供給ローラ３３の回転方向とトナーＴの追従性
との関係を示すグラフである。

【図１０】Ｌ１とトナーＴの追従性との関係を示すグラ
フである。

【図１１】Ｌ２とトナーＴの追従性との関係を示すグラ
フである。

【図１２】担持ローラ３１に対する供給ローラ３３の回
転速度比とトナーＴの追従性との関係を示すグラフであ
る。

【図１３】供給ローラ３３の形状とトナーＴの追従性と
の関係を示すグラフである。

【図１４】特公平６−１６２１０の現像装置の一部を示
す図である。

【図１５】特開平２−１０１４８５のトナー供給装置の
一部を示す図である。

【図１６】特開平８−１７９６０８の画像形成装置の一
部を示す図である。

【符号の説明】

２ 飛翔制御部 １０ 画像形成装置 １１ 対向電極 ２３ 制御電極 ２３ａ 貫通孔 ３１ 担持ローラ ３２ 規制部材 ３３ 供給ローラ ３４ 押圧部材 ３５ 内部空間 ３６ 筺体 ３７ 撹拌ローラ ３９ トナー収容槽 Ｌ１，Ｌ２ 最近接距離 Ｐ 記録シート Ｔ トナー Ω１，Ω２，Ω３ 方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 泉 英志 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 塚本 公秀 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−72732（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−179608（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/385 G03G 15/05 G03G 15/08

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録シートに付着させるための顕像剤を
   収容する収容槽と、 収容槽に対して水平方向に隣合って軸支され、収容槽か
   ら顕像剤を供給する多角柱状の供給ローラと、 供給ローラに対して収容槽の反対側に隣合って非接触に
   軸支され、供給された顕像剤を担持して供給ローラと逆
   回転する担持ローラと、 供給ローラの回転軸および担持ローラの回転軸の間の下
   方に支持され、顕像剤を摩擦帯電させて、担持ローラ上
   の顕像剤の層厚を規制する規制部材と、 供給ローラ付近に支持され、供給ローラを押圧する可撓
   性の押圧部材とを備え、 押圧部材が、規制部材の支持位置と同一の位置に支持さ
   れ、 担持ローラ、供給ローラ、規制部材および押圧部材に囲
   まれて内部空間が形成されることを特徴とする顕像剤帯
   電器。
2. 【請求項２】 前記供給ローラおよび担持ローラは、金
   属材料からなり、 前記顕像剤は、スチレンアクリル系樹脂およびシリカを
   含み、平均粒子径が１０μｍであり、 供給ローラと担持ローラとの最近接距離は、０．５ｍｍ
   以下であることを特徴とする請求項１記載の顕像剤帯電
   器。
3. 【請求項３】 前記規制部材は、ゴム材料からなり、 前記規制部材が担持ローラに接触する点と、供給ローラ
   との最近接距離は、担持ローラの半径以下であることを
   特徴とする請求項２記載の顕像剤帯電器。
4. 【請求項４】 前記供給ローラの回転速度は、担持ロー
   ラの回転速度の０．７５〜１．２５倍の範囲にあること
   を特徴とする請求項２または３記載の顕像剤帯電器。
5. 【請求項５】 記録シートに付着させるための顕像剤を
   収容する収容槽と、 収容槽に対して水平方向に隣合って軸支され、収容槽か
   ら顕像剤を供給する多角柱状の供給ローラと、 供給ローラに対して収容槽の反対側に隣合って非接触に
   軸支され、供給された顕像剤を担持して供給ローラと逆
   回転する担持ローラと、 供給ローラの回転軸および担持ローラの回転軸の間の下
   方に支持され、顕像剤を摩擦帯電させて、担持ローラ上
   の顕像剤の層厚を規制する規制部材と、 供給ローラ付近に支持され、供給ローラを押圧する可撓
   性の押圧部材と、 担持ローラと、その上方に設けられる記録シートの搬送
   路との間に配置され、記録シートに画像を形成するため
   に顕像剤粒子の通過が可能な複数の貫通孔を有し、顕像
   剤の飛翔を制御する制御電極と、 担持ローラに対向して搬送路の上方に配置され、電圧印
   加が可能な対向電極とを備え、 押圧部材が、規制部材の支持位置と同一の位置に支持さ
   れ、 担持ローラ、供給ローラ、規制部材および押圧部材に囲
   まれて内部空間が形成されることを特徴とする画像形成
   装置。