JP3736402B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、特にトナー担持体から背面電極へのトナー飛翔を制御することによって複写紙、転写紙、コピー用紙、記録紙、転写媒体などの受像体にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トナーを用いた画像形成方法としては、従来よりジャンピング方式のものや、プロジェクション方式のものが最も広く用いられている。この種の画像形成方法は、感光体上に画像に対応する静電潜像を形成し、画像形成剤としてのトナーを現像ローラ等のトナー担持体から感光体上の静電潜像に付着させてトナー像を得た後、そのトナー像を複写紙、転写紙、コピー用紙、記録紙などに転写するものである。しかしながら、これらの画像形成方法では、感光体表面に静電潜像を形成する工程（感光プロセス）を必要としており、装置構成が複雑であり、かつ装置コストおよびランニングコストが高いという問題を含んでいる。そこで、近年、米国特許第３，６８９，９３５号、同第５，０３６，３４１号や特表２００１−５０５１４６号公報に記載されたように、電界の作用によりトナーを複写紙、記録紙や中間転写ベルトなどの受像体上に飛翔させ、画像を形成するいわゆる「トナージェット（登録商標）」方式の画像形成装置が注目されてきている。
【０００３】
この画像形成装置では、帯電したトナーを担持し搬送するトナー担持体と背面電極との間に、帯電トナーが通過するための複数のトナー通過孔を有するフレキシブルプリント回路基板（Flexible Printed Circuit）が配置されるとともに、さらにフレキシブルプリント回路基板と背面電極との間に記録紙や転写媒体などの受像体が配置されている。そして、トナー担持体と背面電極との間に電位差が印加されて帯電トナーをトナー担持体から背面電極に向かって飛翔させる移送静電界が形成されている。また、フレキシブルプリント回路基板では、各トナー通過孔の周囲に制御電極が配置されており、画像信号に応じて各制御電極に与える電圧を制御することによって各トナー通過孔を静電気的に開閉し、上記画像信号に対応して帯電トナーをトナー担持体からトナー通過孔を介して背面電極に飛翔させ、受像体に付着させる。こうすることで画像信号に対応するトナー像が受像体上に形成される。
【０００４】
このような画像形成装置では、トナー像を形成する十分な量の帯電トナーを飛翔させるためには上記した移送静電界の電界強度を高くする必要があるが、装置構成上、制御電極にはあまり高い電圧を印加することができないため、十分な電界強度を得るためには上記ギャップはできるだけ小さくすることが望ましい。また、安定してトナー像を形成するためにはトナー担持体と制御電極とのギャップを一定に保つ必要がある。そこで、トナー飛翔開始位置に対して移動方向の上流側に厚さ数十μｍ程度のスペーサ（ギャップ規定手段）を配置することで上記ギャップを一定に保つギャップ管理技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特開２０００−３５５１１５号公報では、トナー担持体上に形成されるトナー層に当接するスペーサを設け、かつトナー担持体の移動方向に直交する方向におけるスペーサの幅をトナー層の幅より大きくした画像形成装置が開示されている。そして、このような構成としたことで、トナー層に当接するスペーサの端部がトナー担持体上のトナー層の均一性を乱すことを防止でき、安定した画像形成が行える旨が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したように、このスペーサはできるだけ薄くすることが望ましいが、このように薄く形成されたスペーサはきわめて変形しやすい。また、装置構成上好ましいスペーサの厚さが数十μｍであるのに対して、トナーの平均粒径は数μｍのオーダーであるため、トナー担持体表面に形成されたトナー層の厚さがトナー粒子１個ないし数個分程度であったとしても、トナー担持体表面において、トナー層が形成された部分とそれ以外の部分との間には大きな段差を生じることとなる。そして、上記した従来技術の画像形成装置では、スペーサがトナー担持体上に形成されたトナー層の端部より外側にまで延びているため、このトナー層の端部に生じる段差にわたってスペーサがトナー担持体に圧接されることで、スペーサが変形することとなる。このようにスペーサが変形すると、トナー担持体と制御電極との間のギャップを一定に保つことができなくなり、安定したトナー像を形成することができない。
【０００７】
さらに、トナー担持体およびスペーサの帯電防止や適当なバイアス電圧を付与する目的でこれらが導電性または半導電性を有している場合には、スペーサの変形によってスペーサとトナー担持体とが直接接触し、短絡事故が発生して画像形成が行えなくなったり、上記した移送静電界の乱れによる画像品質の低下を招くこととなる。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、スペーサが変形することによって生じるギャップの変化を防止し、安定したトナー像形成を行うことのできる画像形成装置を提供することを第１の目的とする。また、トナー担持体およびスペーサの接触による短絡事故を防止することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記第１の目的を達成するため、帯電したトナーを担持しつつ所定の移動方向に移動することによって該トナーをトナー飛翔開始位置に搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体の前記トナー飛翔開始位置に対向するように配置された背面電極と、前記トナー担持体と前記背面電極との間に配置され、前記トナー担持体から前記背面電極へのトナー飛翔を制御することによって前記背面電極との間を搬送されてくる受像体にトナーを着弾させてトナー像を形成するトナー飛翔制御手段と、前記トナー担持体上に担持されるトナー層と当接して前記トナー担持体と前記トナー飛翔制御手段とのギャップを規定するギャップ規定手段とを備え、前記トナー担持体の移動方向に直交する幅方向において、前記ギャップ規定手段の幅が前記トナー層の幅と等しいかまたはこれより小さく、しかも、前記幅方向において前記ギャップ規定手段の両端部が、それぞれ前記トナー層の両端部と同じ位置またはこれより内側に配置されることを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
このように構成された発明では、トナー担持体上のトナー層は、その幅方向において、少なくともギャップ規定手段の両端部と当接する部分にまで形成されている。すなわち、トナー層の端部は、ギャップ規定手段の端部と同じ位置またはこれより外側に位置することとなる。そのため、ギャップ規定手段がトナー層の端部に生じる段差に圧接されて変形することがなく、ギャップを常に一定に保持することができる。
【００１１】
また、この発明は、上記第１および第２の目的を達成するため、その表面に導電層が形成されて、該導電層上に帯電した非導電性のトナーを担持しつつ所定の移動方向に移動することによって該トナーをトナー飛翔開始位置に搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体の前記トナー飛翔開始位置に対向するように配置された背面電極と、前記トナー担持体と前記背面電極との間に配置され、前記トナー担持体から前記背面電極へのトナー飛翔を制御することによって前記背面電極との間を搬送されてくる受像体にトナーを着弾させてトナー像を形成するトナー飛翔制御手段と、導電性または半導電性を有する材料で形成されて、前記トナー担持体上に担持されるトナー層と当接して前記トナー担持体と前記トナー飛翔制御手段とのギャップを規定するギャップ規定手段とを備え、前記トナー担持体の移動方向に直交する幅方向において、前記ギャップ規定手段の幅が前記トナー層の幅より小さく、しかも、前記幅方向において前記ギャップ規定手段の両端部が、それぞれ前記トナー層の両端部より内側に配置されることを特徴としている（請求項２）。
【００１２】
このように構成された発明では、上記したように、ギャップ規定手段の端部が常にトナー層の端部より内側にあるため、トナー層の端部にギャップ規定手段が当接することによる変形が起こらない。また、トナー担持体およびギャップ規定手段が導電性または半導電性を有するので、必要に応じてこれらに所定のバイアス電位を与えたり、帯電を防止しつつ、より効果的にトナーの飛翔を制御することができる。そして、ギャップ規定手段とトナー担持体との間に常に非導電性のトナー層が介在することとなるため、ギャップ規定手段がトナー担持体に接触して短絡事故を起こすことがない。
【００１３】
なお、これらの発明においては、トナー担持体上のトナー層は、その幅方向において、ギャップ規定手段の端部を越えてさらに外側にまで形成されていることが好ましい。というのは、こうすることで、より確実にギャップ規定手段をトナー層の平坦な部分と当接させてギャップ規定手段の変形を防止することができるからである。しかし、トナー担持体に担持されるトナーのうち、幅方向において画像形成領域より外側に担持されたトナーは画像形成には寄与しないため、このトナー層の形成幅をギャップ規定手段の幅に対して大きくしすぎると、画像形成に寄与しないトナーが増えて経済性の点で好ましくない。そこで、本発明では、トナー層の幅を少なくともギャップ規定手段の幅と同じとすることで、トナーの無駄を抑制しつつ、上記した効果を得ることが可能となるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の第１の実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニット１００のメインコントローラ１０１に与えられると、このメインコントローラ１０１からの信号に応じてエンジンコントローラ１０２が現像器１の各部を制御することで、２つのローラ２１、２２に掛け渡された中間転写ベルト２３にトナーを飛翔し、付着させて画像信号に対応するトナー像を形成する。このように、この実施形態では中間転写ベルト２３が受像体として機能している。
【００１５】
この現像器１では、ハウジング１１内に、現像剤としてのトナーＴが貯留されるとともに、現像ローラ１２、供給ローラ１３および規制ブレード１４が収容されている。現像ローラ１２は、帯電したトナー（すなわち、画像形成用の帯電粒子）Ｔを担持し、図１の矢印方向Ｄに所定の周速度で回転することによって後述する背面電極３に対向する位置（トナー飛翔開始位置）Ｊに搬送するトナー担持体である。
【００１６】
この現像ローラ１２は、アルミニウム、鉄等の金属又は合金によって円筒状に形成されるとともに、その表面に例えばウレタン樹脂等の絶縁物コーティングによる絶縁層１２１を有している。このように現像ローラ１２の表面に絶縁層１２１を設けることによって、供給ローラ１３およびトナー規制ブレード１４との摩擦によるトナーＴの帯電性（帯電しやすさ）が向上し、しかも、より小さい力でトナーＴを現像ローラ１２から引き離すことができるのでトナー飛翔開始位置Ｊにおいて効率よくトナーＴを飛翔させることができるものである。さらに、現像ローラ１２には、エンジンコントローラ１０２に設けられた現像ローラバイアス発生部１０３から直流電圧が印加されている。
【００１７】
供給ローラ１３は現像ローラ１２の外周面に当接されて、該現像ローラ１２とは逆方向に回転し、トナーＴを現像ローラ１２に供給するとともに、余分なトナーＴを該現像ローラ１２から落とすものである。この供給ローラ１３は、例えば金属芯にウレタンスポンジ等の合成ゴムを巻き付けてなり、現像ローラ１２と摩擦接触することによってトナーＴを所定極性に帯電させる働きも有する。なお、本実施形態ではトナーＴは負に帯電するものとして、以下説明する。
【００１８】
規制ブレード１４は、現像ローラ１２の回転方向Ｄにおいて上記供給ローラ１３よりも下流側で現像ローラ１２の外周面に当てられ、現像ローラ１２との摩擦によってトナーＴを負に帯電させるとともに、現像ローラ１２に担持されるトナーＴの量を規制する。より具体的には、この規制ブレード１４は、その一端をハウジング１１に固定した板状金属片１４１の他端部に弾性部材１４２を取り付けたものによって構成され、弾性部材１４２が現像ローラ１２の外周面に当接し、トナーＴを規制している。
【００１９】
この現像ローラ１２に対向して背面電極３が配置されている。より詳しくは、背面電極３は、図１に示すように、中間転写ベルト２３を挟んで現像ローラ１２の反対側に配置されている。そして、エンジンコントローラ１０２に設けられた背面バイアス発生部１０４から、現像ローラ１２に印加される電圧よりも高い直流電圧が印加されており、現像ローラ１２と背面電極３との間に帯電トナーＴを背面電極３に向かって移送させるための移送静電界が形成されている。このため、この移送静電界によってトナー飛翔開始位置Ｊで帯電トナーＴが現像ローラ１２から背面電極３に向けて飛翔し、受像体として機能する中間転写ベルト２３の表面に着弾付着する。
【００２０】
また、この実施形態では、中間転写ベルト２３への帯電トナーＴの飛翔を制御するために、現像ローラ１２と背面電極３との間にフレキシブルプリント回路基板（以下、ＦＰＣという）４が配置されている。以下、図３および図４を参照しつつＦＰＣ４の構成および作用について説明する。
【００２１】
図３はフレキシブルプリント回路基板の部分拡大断面および帯電トナーの飛翔モデルを示す図である。また、図４はフレキシブルプリント回路基板に形成された制御電極および偏向電極を示す図である。このＦＰＣ４では、現像ローラ１２から背面電極３に帯電トナーＴを案内するためのトナー通過孔４１がポリイミド等の電気絶縁性材料よりなる基体４２に穿設されている。なお、図３においては、トナー通過孔４１が１つだけ示されているが、この実施形態では、複数のトナー通過孔４１が図３紙面の垂直方向に等間隔で一列に設けられており、各トナー通過孔４１を介して帯電トナーＴが背面電極３側に向けて通過可能となっている。なお、この実施形態ではトナー通過孔４１を１列に並べているが、複数列に並べて設けてもよい。また、トナー通過孔４１の形状については、この実施形態の如く円形に形成してもよいし、また楕円形あるいは多角形であってもよい。
【００２２】
また、基体４２の現像ローラ１２側において、各トナー通過孔４１を取り囲むように、リング状に制御電極４３が形成されている。また、各制御電極４３からリード線４４がトナー通過孔４１の配列方向と直交する方向に延びている。なお、制御電極４３の形状は円形に限定されるものではなく任意であり、例えば楕円形あるいは多角形であってもよく、また、完全なリングではなく一部が欠けたものであってもよい。
【００２３】
また、基体４２の背面電極３側において、各トナー通過孔４１ごとに、一対の偏向電極４５Ｌ、４５Ｒが図４に示すように中間転写ベルト２３の搬送方向（トナー通過孔列と直交する方向）Ｙに対して斜めに対向するように設けられるとともに、偏向電極４５Ｌ、４５Ｒからリード線４６Ｌ、４６Ｒがそれぞれ延設されている。
【００２４】
この基体４２には、図３および図４への図示は省略されているものの、高圧ドライバＩＣなどからなる制御バイアス発生部４７（図２）、Ｌ偏向バイアス発生部４８Ｌ（図２）およびＲ偏向バイアス発生部４８Ｒ（図２）が設けられている。このうち、制御バイアス発生部４７は各制御電極４３に電気的に接続されており、エンジンコントローラ１０２のＣＰＵ１０５からの開閉制御信号に応じて適切な電圧が選択的に印加されることによって、上記トナー通過孔４１を静電気的に開閉する。つまり、各制御電極４３ごとに、帯電トナーＴが現像ローラ１２から飛び出し、トナー通過孔４１を通過して背面電極３に向かって飛翔するように、現像ローラ１２と背面電極３との間にトナー通過孔４１を通る移送静電界を露出させ、また該露出を制限するものである。
【００２５】
また、Ｌ偏向バイアス発生部４８Ｌは偏向電極４５Ｌと電気的に接続されるとともに、Ｒ偏向バイアス発生部４８Ｒは偏向電極４５Ｒと電気的に接続されており、エンジンコントローラ１０２からの偏向制御信号に応じて偏向電極４５Ｌ、４５Ｒのそれぞれに適切な電圧が選択的に印加されることによって、帯電トナーＴの飛翔方向を以下の３方向に切り替えている。
【００２６】
(1)偏向なし：図３の矢符Ｐ1
偏向電極４５Ｌ、４５Ｒの両者に同一電圧を印加した場合には、帯電トナーＴは図３の矢符Ｐ1で示すようにトナー通過孔４１をまっすぐ通過して中間転写ベルト２３の上の当該トナー通過孔４１に対応する位置に飛翔する。
【００２７】
(2)左偏向：図３の矢符Ｐ2
両偏向電極４５Ｌ、４５Ｒのうち中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙを基準としてトナー通過孔４１の左側に配置された偏向電極４５Ｌに右側に配置された偏向電極４５Ｒよりも相対的に高い電圧を印加した場合には、負極性に帯電している帯電トナーＴは、図３の矢符Ｐ2に示すように、両電極４５Ｌ、４５Ｒの間に生ずる偏向用静電界によって左側に偏向する。
【００２８】
(3)右偏向：図３の矢符Ｐ3
両偏向電極４５Ｌ、４５Ｒのうち中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙを基準としてトナー通過孔４１の右側に配置された偏向電極４５Ｒに左側に配置された偏向電極４５Ｌよりも相対的に高い電圧を印加した場合には、負極性に帯電している帯電トナーＴは、図３の矢符Ｐ3に示すように、両電極４５Ｌ、４５Ｒの間に生ずる偏向用静電界によって右側に偏向する。
【００２９】
このように、この実施形態では、帯電トナーＴの飛翔方向を３方向に切替えながら、その偏向範囲内を含む中間転写ベルト２３の着弾位置ＰＩで帯電トナーＴを中間転写ベルト２３に着弾させている。
【００３０】
ただし、上述の如く偏向電極４５Ｌ、４５Ｒは中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙに対して斜め方向に対向配置されているから、上記(1)偏向なし、(2)左偏向及び(3)右偏向という３つの態様によって、中間転写ベルト２３が停止しているときは該中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙに対して斜めに直線的に並ぶ３つのドットが中間転写ベルト２３上に形成される。この場合、中間転写ベルト２３がドットを打つ周期（時間）で相隣るドットのずれ量（距離）だけ搬送されるようにその搬送速度を定めることにより、当該３つのドットを中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙと直交する方向に直線的に並べることができる。従って、１つのトナー通過孔４１で３つのドットを形成することができ、ドットの高密度化を図ることができる。
【００３１】
ＦＰＣ４の基体４２では、現像ローラ１２側の表面４２１上と、背面電極３側の表面４２２上とに、帯電防止用の半導電性層４９が形成されるとともに、接地電位が与えられている。これらの半導電性層４９は予め設定されている温度（初期設定温度）で最適抵抗値を示し、上記のようにして飛翔する帯電トナーＴがＦＰＣ４と接触することで発生する摩擦電荷をＦＰＣ４から逃がしてＦＰＣ４の帯電を効果的に防止するとともに、移送静電界および偏向用電界への影響を抑えることができるように構成されている。すなわち、半導電性層４９の温度が初期設定温度あるいは許容温度範囲内に保持される間、良好な印字品質を確保可能となっている。
【００３２】
また、現像ローラ１２の回転方向Ｄにおいてトナー飛翔開始位置Ｊよりも上流側において、上記のように構成されたＦＰＣ４と現像ローラ１２との間に現像ローラ１２の長手方向（図３紙面の垂直方向）、すなわち本発明の「幅方向」に広がったスペーサ５がＦＰＣ４のトナー通過孔４１よりも回転方向Ｄの手前側に差し込まれており、スペーサ５の一部が現像ローラ１２上に担持されるトナー層ＴＬと当接することで、現像ローラ１２とＦＰＣ４のトナー通過孔４１とのギャップＧＰが一定値に規定されている。このように、この実施形態では、スペーサ５がギャップ規定手段として機能している。
【００３３】
ここで、スペーサ５としては、トナーＴの仕事関数と略等しい仕事関数を有する材料で形成されていることが好ましい。というのは、両者の仕事関数が大きく異なっていると、供給ローラ１３およびトナー規制ブレード１４との摩擦によって帯電したトナーＴがスペーサ５と摩擦接触することで、トナーＴとスペーサ５との間で電荷移動が起こってトナーＴの帯電状態が変化してしまい、均一な画像形成が行えなくなるからである。これに対して、両者の仕事関数が略一致しているときにはこのような電荷移動は起こらず、トナーＴの帯電状態が乱れることがない。このような条件を満たす材料としては、例えば仕事関数が５．６２ｅＶであるトナーに対しては、例えばポリアミドにカーボンを分散コートしたもの（仕事関数：５．５２ｅＶ）やウレタンにカーボンを分散コートしたもの（仕事関数：５．６４ｅＶ）を使用することができる。
【００３４】
なお、上記のように構成された画像形成装置では、外部装置から画像信号が制御ユニット１００のメインコントローラ１０１に与えられると、このメインコントローラ１０１からの信号に応じてエンジンコントローラ１０２のＣＰＵ１０５がその画像信号に応じた制御信号を制御バイアス発生部４７、Ｌ偏向バイアス発生部４８ＬおよびＲ偏向バイアス発生部４８Ｒに与えてトナーＴを中間転写ベルト２３上に飛翔・付着させて画像信号に対応したトナー像を形成する。そして、そのトナー像については、所定の転写領域ＴＲにおいて、カセット７から取り出された複写紙、転写紙、およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳ上に転写する。また、こうして画像が形成されたシートＳは定着ユニット８を経由して図示を省略する排出トレイに搬送される。
【００３５】
次に、スペーサ５の構造について、図５および図６を参照しつつさらに詳しく説明する。図５は、図３のＡ−Ａ切断面からみた断面図であり、トナー通過孔４１側から現像ローラ１２の移動方向Ｄの上流側を見た様子を表している。また、図６は、前述した従来技術における画像形成装置の構造を示す部分断面図である。
【００３６】
この画像形成装置では、供給ローラ１３および規制ブレード１４によって、帯電したトナーＴからなるトナー層ＴＬが現像ローラ１２の表面に形成されているが、図５に示すように、このトナー層ＴＬは、幅Ｗdなる現像ローラ１２の表面のうち、スペーサ５の幅Ｗsより広い幅Ｗtにわたって形成されており、しかもその端部ＥＴは、トナー層ＴＬと当接するスペーサ５の端部ＥＳより外側に位置している。そして、その端部ＥＴより外側にはトナーＴは担持されておらず、したがって、現像ローラ１２上には、トナー層ＴＬの端部ＥＴにおいてトナーＴの有無による段差が生じている。
【００３７】
ここで、図６に示す従来技術の画像形成装置のように、トナー層ＴＬの幅Ｗtとスペーサ５の幅Ｗsとの間にＷt＜Ｗsなる関係が成立するように構成されているとき、ＦＰＣ４によって現像ローラ１２の方向に圧接されているスペーサ５は、同図に示すように、トナー層ＴＬの端部Ｅに形成された段差において現像ローラ１２の方向に変形する。これに伴ってギャップＧＰの変化やＦＰＣ４の変形が発生し、その結果、画像品質の低下を招来することとなる。
【００３８】
これに対して、本実施形態の画像形成装置では、図５に示すように、トナー層ＴＬの幅Ｗtとスペーサ５の幅Ｗsとの間には、Ｗt＞Ｗsなる関係が成立しており、スペーサ５がトナー層ＴＬの端部ＥＴに当接することがないので、上記したような変形を起こすことはなく、したがってギャップＧＰは一定に保たれて、画像品質の低下は発生しない。
【００３９】
なお、このようなトナー層ＴＬの幅は、現像ローラ１２上に最終的なトナー層ＴＬを形成するトナー規制ブレード１４の幅によって規定されることとなるので、例えば、トナー規制ブレード１４の幅をＷt、そして供給ローラ１３の幅をこれと等しくまたはこれより大きくすることにより、所定の幅Ｗtなるトナー層ＴＬを形成することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、現像ローラ１２上においてスペーサ５より外側に担持されたトナーがＦＰＣ４の外側を通って背面電極３に向けて飛翔するのを防止するため、ＦＰＣ４の幅Ｗfをトナー層ＴＬの幅Ｗtよりやや大きくしているが、ＦＰＣ４の幅としてはこれに限定されるものではなく、例えばトナー層ＴＬの幅Ｗtと同程度またはこれより小さくしたり、スペーサ５の幅Ｗsと同程度としてもよい。ただし、受像体上の画像形成領域内全てにおいて良好な画像品質を得るためには、トナー層幅Ｗt、スペーサ幅ＷsおよびＦＰＣ幅Ｗfは、いずれもこの画像形成領域の幅より大きいことが望ましい。
【００４１】
次に、この発明にかかる画像形成装置の第２の実施形態について、図７を参照しつつ説明する。図７は、この実施形態の画像形成装置の幅方向におけるスペーサの構造を示す断面図である。
【００４２】
この実施形態の画像形成装置では、現像ローラ１２の表面に絶縁層が形成されていない点で第１の実施形態の画像形成装置と異なっており、それ以外の構成については第１の実施形態と同一であるため、同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
この実施形態の画像形成装置では、図７に示すように、円筒状の現像ローラ１２の表面には絶縁層が設けられておらず、アルミニウム、鉄等の金属又は合金が露出している。この実施形態の装置は第１実施形態の装置に比して、現像ローラ１２に絶縁層を設けないのでコスト面で有利であるほか、磨耗に対する耐久性の点で優れている。なお、このように現像ローラ１２の表面が導電性を有する構成としたことにより、トナーＴには電気絶縁性が要求されることとなるが、通常使用される樹脂トナーは一般に電気絶縁性を有しているので、このような構成とすることによって特殊なトナーを必要とするものではない。
【００４４】
現像ローラ１２をこのような構成とした場合、図６に示した従来の画像形成装置のようにトナー層ＴＬの幅Ｗtがスペーサ５の幅Ｗsより小さいと、トナー層ＴＬの端部ＥＴより外側に延びたスペーサ５が現像ローラ１２側に向かって変形し、ついには現像ローラ１２と直接接触することとなる。ここで、現像ローラ１２とスペーサ５に異なる電位を与えている場合には、これらが接触することで短絡事故が発生し、電界の乱れによる画像品質の低下にとどまらず、画像形成が行えなくなったり、さらには装置の故障を引き起こすおそれがある。
【００４５】
これに対して、この実施形態の画像形成装置では、図７に示すように、トナー層ＴＬの幅Ｗtがスペーサ５の幅Ｗsより大きく、しかもその端部ＥＴは、トナー層ＴＬと当接するスペーサ５の端部ＥＳより外側に位置している。そのため、スペーサ５が変形することがない。そして、スペーサ５と現像ローラ１２との間には常に非導電性トナーＴによるトナー層ＴＬが介在することとなるため、スペーサ５と現像ローラ１２とが接触・短絡することがない。
【００４６】
このように、上記した第１および第２実施形態の画像形成装置では、現像ローラ１２上に形成されるトナー層ＴＬの幅Ｗtが、スペーサ５の幅Ｗsよりも大きくなるように構成しているので、トナー層ＴＬの端部ＥＴは、スペーサ５の端部ＥＳよりも外側に位置することとなる。そのため、この端部ＥＴに生じる段差によってスペーサ５が変形したり、現像ローラ１２に接触したりすることはなく、ギャップＧＰは常に一定に保持されて、良好な画像形成を行うことができる。そして、第２の実施形態に示したように、現像ローラ１２およびスペーサ５がいずれも導電性材料で形成されている場合でも、両者の接触による短絡事故が発生することはない。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した実施形態では、トナー層ＴＬの幅Ｗtをスペーサ５の幅Ｗsより大きくした例について説明したが、前述したように、トナー層ＴＬの幅Ｗtは少なくともスペーサ５の幅Ｗsと同じまたはそれ以上であれば本発明の効果を得ることができるものである。
【００４８】
また、例えば、上記実施形態では、トナー像を中間転写ベルト２３などの転写媒体に形成した後、その転写媒体上のトナー像をシートＳに転写する中間転写方式の画像形成装置に本発明を適用しているが、現像器１から飛翔させた帯電トナーＴを直接シートＳに着弾させて画像を形成する画像形成装置に対して本発明を適用してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、半導電性層４９を設けてＦＰＣ４の帯電防止を図っている画像形成装置に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、帯電防止用半導電性層を設けていない画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、偏向電極４５Ｌ、４５Ｒによって帯電トナーＴの飛翔方向を３方向Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3に切替可能な画像形成装置に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、帯電トナーＴの飛翔方向が固定された画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、現像ローラ１２に対して現像ローラバイアス発生部１０３から所定の直流電圧を印加しているが、接地したり、交流電圧を印加するように構成してもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、スペーサ５の帯電を防止し、かつトナー通過孔４１付近における電界を乱すことがないように、スペーサ５を半導電性層４９と接触させて同じ接地電位を与えているが、必要に応じて、他のバイアス電位を与える構成としてもよい。
【００５３】
さらに、上記実施形態では、１つの現像器１で画像を形成する、いわゆる単色印字を実行する画像形成装置に本発明を適用しているが、例えばフルカラーの画像を形成する場合には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４種類のトナーについて同様の現像器１を中間転写ベルト２３やシートＳの搬送方向Ｙに一列に並ぶように設けた、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、トナー担持体上のトナー層は、その幅方向において、少なくともギャップ規定手段の両端部と当接する部分にまで形成されている。すなわち、トナー層の端部は、ギャップ規定手段の端部と同じ位置またはこれより外側に位置することとなる。そのため、ギャップ規定手段がトナー層の端部に生じる段差に圧接されて変形することがなく、ギャップを常に一定に保持することができる。
【００５５】
さらに、トナー担持体およびギャップ規定手段の双方が導電性材料で構成されている場合であっても、これらの間に常にトナー層が介在することとなるため、両者が直接接触・短絡することによる事故や画像品質の低下を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１の画像形成装置において用いられているフレキシブルプリント回路基板の部分拡大断面および帯電トナーの飛翔モデルを示す図である。
【図４】フレキシブルプリント回路基板に形成された制御電極および偏向電極を示す図である。
【図５】図３のＡ−Ａ切断面からみた断面図である。
【図６】従来技術における画像形成装置の構造を示す部分断面図である。
【図７】この発明にかかる画像形成装置の第２の実施形態の、幅方向におけるスペーサの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
３…背面電極
４…ＦＰＣ（トナー飛翔制御手段）
５…スペーサ（ギャップ規定手段）
１２…現像ローラ（トナー担持体）
２３…中間転写ベルト（受像体）
４１…トナー通過孔
４２…基体
４３…リング電極
４５Ｌ、４５Ｒ…偏向電極
Ｄ…（現像ローラ１２の）回転方向
ＥＳ…スペーサ端部
ＥＴ…トナー層端部
ＧＰ…ギャップ
Ｊ…トナー飛翔開始位置
Ｔ…トナー
ＴＬ…トナー層
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置、特にトナー担持体から背面電極へのトナー飛翔を制御することによって複写紙、転写紙、コピー用紙、記録紙、転写媒体などの受像体にトナーを付着させて画像形成を行う画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トナーを用いた画像形成方法としては、従来よりジャンピング方式のものや、プロジェクション方式のものが最も広く用いられている。この種の画像形成方法は、感光体上に画像に対応する静電潜像を形成し、画像形成剤としてのトナーを現像ローラ等のトナー担持体から感光体上の静電潜像に付着させてトナー像を得た後、そのトナー像を複写紙、転写紙、コピー用紙、記録紙などに転写するものである。しかしながら、これらの画像形成方法では、感光体表面に静電潜像を形成する工程（感光プロセス）を必要としており、装置構成が複雑であり、かつ装置コストおよびランニングコストが高いという問題を含んでいる。そこで、近年、米国特許第３，６８９，９３５号、同第５，０３６，３４１号や特表２００１−５０５１４６号公報に記載されたように、電界の作用によりトナーを複写紙、記録紙や中間転写ベルトなどの受像体上に飛翔させ、画像を形成するいわゆる「トナージェット（登録商標）」方式の画像形成装置が注目されてきている。
【０００３】
この画像形成装置では、帯電したトナーを担持し搬送するトナー担持体と背面電極との間に、帯電トナーが通過するための複数のトナー通過孔を有するフレキシブルプリント回路基板（Flexible Printed Circuit）が配置されるとともに、さらにフレキシブルプリント回路基板と背面電極との間に記録紙や転写媒体などの受像体が配置されている。そして、トナー担持体と背面電極との間に電位差が印加されて帯電トナーをトナー担持体から背面電極に向かって飛翔させる移送静電界が形成されている。また、フレキシブルプリント回路基板では、各トナー通過孔の周囲に制御電極が配置されており、画像信号に応じて各制御電極に与える電圧を制御することによって各トナー通過孔を静電気的に開閉し、上記画像信号に対応して帯電トナーをトナー担持体からトナー通過孔を介して背面電極に飛翔させ、受像体に付着させる。こうすることで画像信号に対応するトナー像が受像体上に形成される。
【０００４】
このような画像形成装置では、トナー像を形成する十分な量の帯電トナーを飛翔させるためには上記した移送静電界の電界強度を高くする必要があるが、装置構成上、制御電極にはあまり高い電圧を印加することができないため、十分な電界強度を得るためには上記ギャップはできるだけ小さくすることが望ましい。また、安定してトナー像を形成するためにはトナー担持体と制御電極とのギャップを一定に保つ必要がある。そこで、トナー飛翔開始位置に対して移動方向の上流側に厚さ数十μｍ程度のスペーサ（ギャップ規定手段）を配置することで上記ギャップを一定に保つギャップ管理技術が提案されている。
【０００５】
例えば、特開２０００−３５５１１５号公報では、トナー担持体上に形成されるトナー層に当接するスペーサを設け、かつトナー担持体の移動方向に直交する方向におけるスペーサの幅をトナー層の幅より大きくした画像形成装置が開示されている。そして、このような構成としたことで、トナー層に当接するスペーサの端部がトナー担持体上のトナー層の均一性を乱すことを防止でき、安定した画像形成が行える旨が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したように、このスペーサはできるだけ薄くすることが望ましいが、このように薄く形成されたスペーサはきわめて変形しやすい。また、装置構成上好ましいスペーサの厚さが数十μｍであるのに対して、トナーの平均粒径は数μｍのオーダーであるため、トナー担持体表面に形成されたトナー層の厚さがトナー粒子１個ないし数個分程度であったとしても、トナー担持体表面において、トナー層が形成された部分とそれ以外の部分との間には大きな段差を生じることとなる。そして、上記した従来技術の画像形成装置では、スペーサがトナー担持体上に形成されたトナー層の端部より外側にまで延びているため、このトナー層の端部に生じる段差にわたってスペーサがトナー担持体に圧接されることで、スペーサが変形することとなる。このようにスペーサが変形すると、トナー担持体と制御電極との間のギャップを一定に保つことができなくなり、安定したトナー像を形成することができない。
【０００７】
さらに、トナー担持体およびスペーサの帯電防止や適当なバイアス電圧を付与する目的でこれらが導電性または半導電性を有している場合には、スペーサの変形によってスペーサとトナー担持体とが直接接触し、短絡事故が発生して画像形成が行えなくなったり、上記した移送静電界の乱れによる画像品質の低下を招くこととなる。
【０００８】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、スペーサが変形することによって生じるギャップの変化を防止し、安定したトナー像形成を行うことのできる画像形成装置を提供することを第１の目的とする。また、トナー担持体およびスペーサの接触による短絡事故を防止することを第２の目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記第１の目的を達成するため、帯電したトナーを担持しつつ所定の移動方向に移動することによって該トナーをトナー飛翔開始位置に搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体の前記トナー飛翔開始位置に対向するように配置された背面電極と、前記トナー担持体と前記背面電極との間に配置され、前記トナー担持体から前記背面電極へのトナー飛翔を制御することによって前記背面電極との間を搬送されてくる受像体にトナーを着弾させてトナー像を形成するトナー飛翔制御手段と、前記トナー担持体上に担持されるトナー層と当接して前記トナー担持体と前記トナー飛翔制御手段とのギャップを規定するギャップ規定手段とを備え、前記トナー担持体の移動方向に直交する幅方向において、前記ギャップ規定手段の幅が前記トナー層の幅と等しいかまたはこれより小さく、しかも、前記幅方向において前記ギャップ規定手段の両端部が、それぞれ前記トナー層の両端部と同じ位置またはこれより内側に配置されることを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
このように構成された発明では、トナー担持体上のトナー層は、その幅方向において、少なくともギャップ規定手段の両端部と当接する部分にまで形成されている。すなわち、トナー層の端部は、ギャップ規定手段の端部と同じ位置またはこれより外側に位置することとなる。そのため、ギャップ規定手段がトナー層の端部に生じる段差に圧接されて変形することがなく、ギャップを常に一定に保持することができる。
【００１１】
また、この発明は、上記第１および第２の目的を達成するため、その表面に導電層が形成されて、該導電層上に帯電した非導電性のトナーを担持しつつ所定の移動方向に移動することによって該トナーをトナー飛翔開始位置に搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体の前記トナー飛翔開始位置に対向するように配置された背面電極と、前記トナー担持体と前記背面電極との間に配置され、前記トナー担持体から前記背面電極へのトナー飛翔を制御することによって前記背面電極との間を搬送されてくる受像体にトナーを着弾させてトナー像を形成するトナー飛翔制御手段と、導電性または半導電性を有する材料で形成されて、前記トナー担持体上に担持されるトナー層と当接して前記トナー担持体と前記トナー飛翔制御手段とのギャップを規定するギャップ規定手段とを備え、前記トナー担持体の移動方向に直交する幅方向において、前記ギャップ規定手段の幅が前記トナー層の幅より小さく、しかも、前記幅方向において前記ギャップ規定手段の両端部が、それぞれ前記トナー層の両端部より内側に配置されることを特徴としている（請求項２）。
【００１２】
このように構成された発明では、上記したように、ギャップ規定手段の端部が常にトナー層の端部より内側にあるため、トナー層の端部にギャップ規定手段が当接することによる変形が起こらない。また、トナー担持体およびギャップ規定手段が導電性または半導電性を有するので、必要に応じてこれらに所定のバイアス電位を与えたり、帯電を防止しつつ、より効果的にトナーの飛翔を制御することができる。そして、ギャップ規定手段とトナー担持体との間に常に非導電性のトナー層が介在することとなるため、ギャップ規定手段がトナー担持体に接触して短絡事故を起こすことがない。
【００１３】
なお、これらの発明においては、トナー担持体上のトナー層は、その幅方向において、ギャップ規定手段の端部を越えてさらに外側にまで形成されていることが好ましい。というのは、こうすることで、より確実にギャップ規定手段をトナー層の平坦な部分と当接させてギャップ規定手段の変形を防止することができるからである。しかし、トナー担持体に担持されるトナーのうち、幅方向において画像形成領域より外側に担持されたトナーは画像形成には寄与しないため、このトナー層の形成幅をギャップ規定手段の幅に対して大きくしすぎると、画像形成に寄与しないトナーが増えて経済性の点で好ましくない。そこで、本発明では、トナー層の幅を少なくともギャップ規定手段の幅と同じとすることで、トナーの無駄を抑制しつつ、上記した効果を得ることが可能となるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明にかかる画像形成装置の第１の実施形態を示す図である。また、図２は図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。この画像形成装置では、ホストコンピュータなどの外部装置から画像信号が制御ユニット１００のメインコントローラ１０１に与えられると、このメインコントローラ１０１からの信号に応じてエンジンコントローラ１０２が現像器１の各部を制御することで、２つのローラ２１、２２に掛け渡された中間転写ベルト２３にトナーを飛翔し、付着させて画像信号に対応するトナー像を形成する。このように、この実施形態では中間転写ベルト２３が受像体として機能している。
【００１５】
この現像器１では、ハウジング１１内に、現像剤としてのトナーＴが貯留されるとともに、現像ローラ１２、供給ローラ１３および規制ブレード１４が収容されている。現像ローラ１２は、帯電したトナー（すなわち、画像形成用の帯電粒子）Ｔを担持し、図１の矢印方向Ｄに所定の周速度で回転することによって後述する背面電極３に対向する位置（トナー飛翔開始位置）Ｊに搬送するトナー担持体である。
【００１６】
この現像ローラ１２は、アルミニウム、鉄等の金属又は合金によって円筒状に形成されるとともに、その表面に例えばウレタン樹脂等の絶縁物コーティングによる絶縁層１２１を有している。このように現像ローラ１２の表面に絶縁層１２１を設けることによって、供給ローラ１３およびトナー規制ブレード１４との摩擦によるトナーＴの帯電性（帯電しやすさ）が向上し、しかも、より小さい力でトナーＴを現像ローラ１２から引き離すことができるのでトナー飛翔開始位置Ｊにおいて効率よくトナーＴを飛翔させることができるものである。さらに、現像ローラ１２には、エンジンコントローラ１０２に設けられた現像ローラバイアス発生部１０３から直流電圧が印加されている。
【００１７】
供給ローラ１３は現像ローラ１２の外周面に当接されて、該現像ローラ１２とは逆方向に回転し、トナーＴを現像ローラ１２に供給するとともに、余分なトナーＴを該現像ローラ１２から落とすものである。この供給ローラ１３は、例えば金属芯にウレタンスポンジ等の合成ゴムを巻き付けてなり、現像ローラ１２と摩擦接触することによってトナーＴを所定極性に帯電させる働きも有する。なお、本実施形態ではトナーＴは負に帯電するものとして、以下説明する。
【００１８】
規制ブレード１４は、現像ローラ１２の回転方向Ｄにおいて上記供給ローラ１３よりも下流側で現像ローラ１２の外周面に当てられ、現像ローラ１２との摩擦によってトナーＴを負に帯電させるとともに、現像ローラ１２に担持されるトナーＴの量を規制する。より具体的には、この規制ブレード１４は、その一端をハウジング１１に固定した板状金属片１４１の他端部に弾性部材１４２を取り付けたものによって構成され、弾性部材１４２が現像ローラ１２の外周面に当接し、トナーＴを規制している。
【００１９】
この現像ローラ１２に対向して背面電極３が配置されている。より詳しくは、背面電極３は、図１に示すように、中間転写ベルト２３を挟んで現像ローラ１２の反対側に配置されている。そして、エンジンコントローラ１０２に設けられた背面バイアス発生部１０４から、現像ローラ１２に印加される電圧よりも高い直流電圧が印加されており、現像ローラ１２と背面電極３との間に帯電トナーＴを背面電極３に向かって移送させるための移送静電界が形成されている。このため、この移送静電界によってトナー飛翔開始位置Ｊで帯電トナーＴが現像ローラ１２から背面電極３に向けて飛翔し、受像体として機能する中間転写ベルト２３の表面に着弾付着する。
【００２０】
また、この実施形態では、中間転写ベルト２３への帯電トナーＴの飛翔を制御するために、現像ローラ１２と背面電極３との間にフレキシブルプリント回路基板（以下、ＦＰＣという）４が配置されている。以下、図３および図４を参照しつつＦＰＣ４の構成および作用について説明する。
【００２１】
図３はフレキシブルプリント回路基板の部分拡大断面および帯電トナーの飛翔モデルを示す図である。また、図４はフレキシブルプリント回路基板に形成された制御電極および偏向電極を示す図である。このＦＰＣ４では、現像ローラ１２から背面電極３に帯電トナーＴを案内するためのトナー通過孔４１がポリイミド等の電気絶縁性材料よりなる基体４２に穿設されている。なお、図３においては、トナー通過孔４１が１つだけ示されているが、この実施形態では、複数のトナー通過孔４１が図３紙面の垂直方向に等間隔で一列に設けられており、各トナー通過孔４１を介して帯電トナーＴが背面電極３側に向けて通過可能となっている。なお、この実施形態ではトナー通過孔４１を１列に並べているが、複数列に並べて設けてもよい。また、トナー通過孔４１の形状については、この実施形態の如く円形に形成してもよいし、また楕円形あるいは多角形であってもよい。
【００２２】
また、基体４２の現像ローラ１２側において、各トナー通過孔４１を取り囲むように、リング状に制御電極４３が形成されている。また、各制御電極４３からリード線４４がトナー通過孔４１の配列方向と直交する方向に延びている。なお、制御電極４３の形状は円形に限定されるものではなく任意であり、例えば楕円形あるいは多角形であってもよく、また、完全なリングではなく一部が欠けたものであってもよい。
【００２３】
また、基体４２の背面電極３側において、各トナー通過孔４１ごとに、一対の偏向電極４５Ｌ、４５Ｒが図４に示すように中間転写ベルト２３の搬送方向（トナー通過孔列と直交する方向）Ｙに対して斜めに対向するように設けられるとともに、偏向電極４５Ｌ、４５Ｒからリード線４６Ｌ、４６Ｒがそれぞれ延設されている。
【００２４】
この基体４２には、図３および図４への図示は省略されているものの、高圧ドライバＩＣなどからなる制御バイアス発生部４７（図２）、Ｌ偏向バイアス発生部４８Ｌ（図２）およびＲ偏向バイアス発生部４８Ｒ（図２）が設けられている。このうち、制御バイアス発生部４７は各制御電極４３に電気的に接続されており、エンジンコントローラ１０２のＣＰＵ１０５からの開閉制御信号に応じて適切な電圧が選択的に印加されることによって、上記トナー通過孔４１を静電気的に開閉する。つまり、各制御電極４３ごとに、帯電トナーＴが現像ローラ１２から飛び出し、トナー通過孔４１を通過して背面電極３に向かって飛翔するように、現像ローラ１２と背面電極３との間にトナー通過孔４１を通る移送静電界を露出させ、また該露出を制限するものである。
【００２５】
また、Ｌ偏向バイアス発生部４８Ｌは偏向電極４５Ｌと電気的に接続されるとともに、Ｒ偏向バイアス発生部４８Ｒは偏向電極４５Ｒと電気的に接続されており、エンジンコントローラ１０２からの偏向制御信号に応じて偏向電極４５Ｌ、４５Ｒのそれぞれに適切な電圧が選択的に印加されることによって、帯電トナーＴの飛翔方向を以下の３方向に切り替えている。
【００２６】
(1)偏向なし：図３の矢符Ｐ1
偏向電極４５Ｌ、４５Ｒの両者に同一電圧を印加した場合には、帯電トナーＴは図３の矢符Ｐ1で示すようにトナー通過孔４１をまっすぐ通過して中間転写ベルト２３の上の当該トナー通過孔４１に対応する位置に飛翔する。
【００２７】
(2)左偏向：図３の矢符Ｐ2
両偏向電極４５Ｌ、４５Ｒのうち中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙを基準としてトナー通過孔４１の左側に配置された偏向電極４５Ｌに右側に配置された偏向電極４５Ｒよりも相対的に高い電圧を印加した場合には、負極性に帯電している帯電トナーＴは、図３の矢符Ｐ2に示すように、両電極４５Ｌ、４５Ｒの間に生ずる偏向用静電界によって左側に偏向する。
【００２８】
(3)右偏向：図３の矢符Ｐ3
両偏向電極４５Ｌ、４５Ｒのうち中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙを基準としてトナー通過孔４１の右側に配置された偏向電極４５Ｒに左側に配置された偏向電極４５Ｌよりも相対的に高い電圧を印加した場合には、負極性に帯電している帯電トナーＴは、図３の矢符Ｐ3に示すように、両電極４５Ｌ、４５Ｒの間に生ずる偏向用静電界によって右側に偏向する。
【００２９】
このように、この実施形態では、帯電トナーＴの飛翔方向を３方向に切替えながら、その偏向範囲内を含む中間転写ベルト２３の着弾位置ＰＩで帯電トナーＴを中間転写ベルト２３に着弾させている。
【００３０】
ただし、上述の如く偏向電極４５Ｌ、４５Ｒは中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙに対して斜め方向に対向配置されているから、上記(1)偏向なし、(2)左偏向及び(3)右偏向という３つの態様によって、中間転写ベルト２３が停止しているときは該中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙに対して斜めに直線的に並ぶ３つのドットが中間転写ベルト２３上に形成される。この場合、中間転写ベルト２３がドットを打つ周期（時間）で相隣るドットのずれ量（距離）だけ搬送されるようにその搬送速度を定めることにより、当該３つのドットを中間転写ベルト２３の搬送方向Ｙと直交する方向に直線的に並べることができる。従って、１つのトナー通過孔４１で３つのドットを形成することができ、ドットの高密度化を図ることができる。
【００３１】
ＦＰＣ４の基体４２では、現像ローラ１２側の表面４２１上と、背面電極３側の表面４２２上とに、帯電防止用の半導電性層４９が形成されるとともに、接地電位が与えられている。これらの半導電性層４９は予め設定されている温度（初期設定温度）で最適抵抗値を示し、上記のようにして飛翔する帯電トナーＴがＦＰＣ４と接触することで発生する摩擦電荷をＦＰＣ４から逃がしてＦＰＣ４の帯電を効果的に防止するとともに、移送静電界および偏向用電界への影響を抑えることができるように構成されている。すなわち、半導電性層４９の温度が初期設定温度あるいは許容温度範囲内に保持される間、良好な印字品質を確保可能となっている。
【００３２】
また、現像ローラ１２の回転方向Ｄにおいてトナー飛翔開始位置Ｊよりも上流側において、上記のように構成されたＦＰＣ４と現像ローラ１２との間に現像ローラ１２の長手方向（図３紙面の垂直方向）、すなわち本発明の「幅方向」に広がったスペーサ５がＦＰＣ４のトナー通過孔４１よりも回転方向Ｄの手前側に差し込まれており、スペーサ５の一部が現像ローラ１２上に担持されるトナー層ＴＬと当接することで、現像ローラ１２とＦＰＣ４のトナー通過孔４１とのギャップＧＰが一定値に規定されている。このように、この実施形態では、スペーサ５がギャップ規定手段として機能している。
【００３３】
ここで、スペーサ５としては、トナーＴの仕事関数と略等しい仕事関数を有する材料で形成されていることが好ましい。というのは、両者の仕事関数が大きく異なっていると、供給ローラ１３およびトナー規制ブレード１４との摩擦によって帯電したトナーＴがスペーサ５と摩擦接触することで、トナーＴとスペーサ５との間で電荷移動が起こってトナーＴの帯電状態が変化してしまい、均一な画像形成が行えなくなるからである。これに対して、両者の仕事関数が略一致しているときにはこのような電荷移動は起こらず、トナーＴの帯電状態が乱れることがない。このような条件を満たす材料としては、例えば仕事関数が５．６２ｅＶであるトナーに対しては、例えばポリアミドにカーボンを分散コートしたもの（仕事関数：５．５２ｅＶ）やウレタンにカーボンを分散コートしたもの（仕事関数：５．６４ｅＶ）を使用することができる。
【００３４】
なお、上記のように構成された画像形成装置では、外部装置から画像信号が制御ユニット１００のメインコントローラ１０１に与えられると、このメインコントローラ１０１からの信号に応じてエンジンコントローラ１０２のＣＰＵ１０５がその画像信号に応じた制御信号を制御バイアス発生部４７、Ｌ偏向バイアス発生部４８ＬおよびＲ偏向バイアス発生部４８Ｒに与えてトナーＴを中間転写ベルト２３上に飛翔・付着させて画像信号に対応したトナー像を形成する。そして、そのトナー像については、所定の転写領域ＴＲにおいて、カセット７から取り出された複写紙、転写紙、およびＯＨＰ用透明シートなどのシートＳ上に転写する。また、こうして画像が形成されたシートＳは定着ユニット８を経由して図示を省略する排出トレイに搬送される。
【００３５】
次に、スペーサ５の構造について、図５および図６を参照しつつさらに詳しく説明する。図５は、図３のＡ−Ａ切断面からみた断面図であり、トナー通過孔４１側から現像ローラ１２の移動方向Ｄの上流側を見た様子を表している。また、図６は、前述した従来技術における画像形成装置の構造を示す部分断面図である。
【００３６】
この画像形成装置では、供給ローラ１３および規制ブレード１４によって、帯電したトナーＴからなるトナー層ＴＬが現像ローラ１２の表面に形成されているが、図５に示すように、このトナー層ＴＬは、幅Ｗdなる現像ローラ１２の表面のうち、スペーサ５の幅Ｗsより広い幅Ｗtにわたって形成されており、しかもその端部ＥＴは、トナー層ＴＬと当接するスペーサ５の端部ＥＳより外側に位置している。そして、その端部ＥＴより外側にはトナーＴは担持されておらず、したがって、現像ローラ１２上には、トナー層ＴＬの端部ＥＴにおいてトナーＴの有無による段差が生じている。
【００３７】
ここで、図６に示す従来技術の画像形成装置のように、トナー層ＴＬの幅Ｗtとスペーサ５の幅Ｗsとの間にＷt＜Ｗsなる関係が成立するように構成されているとき、ＦＰＣ４によって現像ローラ１２の方向に圧接されているスペーサ５は、同図に示すように、トナー層ＴＬの端部Ｅに形成された段差において現像ローラ１２の方向に変形する。これに伴ってギャップＧＰの変化やＦＰＣ４の変形が発生し、その結果、画像品質の低下を招来することとなる。
【００３８】
これに対して、本実施形態の画像形成装置では、図５に示すように、トナー層ＴＬの幅Ｗtとスペーサ５の幅Ｗsとの間には、Ｗt＞Ｗsなる関係が成立しており、スペーサ５がトナー層ＴＬの端部ＥＴに当接することがないので、上記したような変形を起こすことはなく、したがってギャップＧＰは一定に保たれて、画像品質の低下は発生しない。
【００３９】
なお、このようなトナー層ＴＬの幅は、現像ローラ１２上に最終的なトナー層ＴＬを形成するトナー規制ブレード１４の幅によって規定されることとなるので、例えば、トナー規制ブレード１４の幅をＷt、そして供給ローラ１３の幅をこれと等しくまたはこれより大きくすることにより、所定の幅Ｗtなるトナー層ＴＬを形成することができる。
【００４０】
また、本実施形態では、現像ローラ１２上においてスペーサ５より外側に担持されたトナーがＦＰＣ４の外側を通って背面電極３に向けて飛翔するのを防止するため、ＦＰＣ４の幅Ｗfをトナー層ＴＬの幅Ｗtよりやや大きくしているが、ＦＰＣ４の幅としてはこれに限定されるものではなく、例えばトナー層ＴＬの幅Ｗtと同程度またはこれより小さくしたり、スペーサ５の幅Ｗsと同程度としてもよい。ただし、受像体上の画像形成領域内全てにおいて良好な画像品質を得るためには、トナー層幅Ｗt、スペーサ幅ＷsおよびＦＰＣ幅Ｗfは、いずれもこの画像形成領域の幅より大きいことが望ましい。
【００４１】
次に、この発明にかかる画像形成装置の第２の実施形態について、図７を参照しつつ説明する。図７は、この実施形態の画像形成装置の幅方向におけるスペーサの構造を示す断面図である。
【００４２】
この実施形態の画像形成装置では、現像ローラ１２の表面に絶縁層が形成されていない点で第１の実施形態の画像形成装置と異なっており、それ以外の構成については第１の実施形態と同一であるため、同一の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００４３】
この実施形態の画像形成装置では、図７に示すように、円筒状の現像ローラ１２の表面には絶縁層が設けられておらず、アルミニウム、鉄等の金属又は合金が露出している。この実施形態の装置は第１実施形態の装置に比して、現像ローラ１２に絶縁層を設けないのでコスト面で有利であるほか、磨耗に対する耐久性の点で優れている。なお、このように現像ローラ１２の表面が導電性を有する構成としたことにより、トナーＴには電気絶縁性が要求されることとなるが、通常使用される樹脂トナーは一般に電気絶縁性を有しているので、このような構成とすることによって特殊なトナーを必要とするものではない。
【００４４】
現像ローラ１２をこのような構成とした場合、図６に示した従来の画像形成装置のようにトナー層ＴＬの幅Ｗtがスペーサ５の幅Ｗsより小さいと、トナー層ＴＬの端部ＥＴより外側に延びたスペーサ５が現像ローラ１２側に向かって変形し、ついには現像ローラ１２と直接接触することとなる。ここで、現像ローラ１２とスペーサ５に異なる電位を与えている場合には、これらが接触することで短絡事故が発生し、電界の乱れによる画像品質の低下にとどまらず、画像形成が行えなくなったり、さらには装置の故障を引き起こすおそれがある。
【００４５】
これに対して、この実施形態の画像形成装置では、図７に示すように、トナー層ＴＬの幅Ｗtがスペーサ５の幅Ｗsより大きく、しかもその端部ＥＴは、トナー層ＴＬと当接するスペーサ５の端部ＥＳより外側に位置している。そのため、スペーサ５が変形することがない。そして、スペーサ５と現像ローラ１２との間には常に非導電性トナーＴによるトナー層ＴＬが介在することとなるため、スペーサ５と現像ローラ１２とが接触・短絡することがない。
【００４６】
このように、上記した第１および第２実施形態の画像形成装置では、現像ローラ１２上に形成されるトナー層ＴＬの幅Ｗtが、スペーサ５の幅Ｗsよりも大きくなるように構成しているので、トナー層ＴＬの端部ＥＴは、スペーサ５の端部ＥＳよりも外側に位置することとなる。そのため、この端部ＥＴに生じる段差によってスペーサ５が変形したり、現像ローラ１２に接触したりすることはなく、ギャップＧＰは常に一定に保持されて、良好な画像形成を行うことができる。そして、第２の実施形態に示したように、現像ローラ１２およびスペーサ５がいずれも導電性材料で形成されている場合でも、両者の接触による短絡事故が発生することはない。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記した実施形態では、トナー層ＴＬの幅Ｗtをスペーサ５の幅Ｗsより大きくした例について説明したが、前述したように、トナー層ＴＬの幅Ｗtは少なくともスペーサ５の幅Ｗsと同じまたはそれ以上であれば本発明の効果を得ることができるものである。
【００４８】
また、例えば、上記実施形態では、トナー像を中間転写ベルト２３などの転写媒体に形成した後、その転写媒体上のトナー像をシートＳに転写する中間転写方式の画像形成装置に本発明を適用しているが、現像器１から飛翔させた帯電トナーＴを直接シートＳに着弾させて画像を形成する画像形成装置に対して本発明を適用してもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、半導電性層４９を設けてＦＰＣ４の帯電防止を図っている画像形成装置に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、帯電防止用半導電性層を設けていない画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【００５０】
また、上記実施形態では、偏向電極４５Ｌ、４５Ｒによって帯電トナーＴの飛翔方向を３方向Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3に切替可能な画像形成装置に対して本発明を適用しているが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、帯電トナーＴの飛翔方向が固定された画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【００５１】
また、上記実施形態では、現像ローラ１２に対して現像ローラバイアス発生部１０３から所定の直流電圧を印加しているが、接地したり、交流電圧を印加するように構成してもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、スペーサ５の帯電を防止し、かつトナー通過孔４１付近における電界を乱すことがないように、スペーサ５を半導電性層４９と接触させて同じ接地電位を与えているが、必要に応じて、他のバイアス電位を与える構成としてもよい。
【００５３】
さらに、上記実施形態では、１つの現像器１で画像を形成する、いわゆる単色印字を実行する画像形成装置に本発明を適用しているが、例えばフルカラーの画像を形成する場合には、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの４種類のトナーについて同様の現像器１を中間転写ベルト２３やシートＳの搬送方向Ｙに一列に並ぶように設けた、いわゆるタンデム方式のカラー画像形成装置に対しても本発明を適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、トナー担持体上のトナー層は、その幅方向において、少なくともギャップ規定手段の両端部と当接する部分にまで形成されている。すなわち、トナー層の端部は、ギャップ規定手段の端部と同じ位置またはこれより外側に位置することとなる。そのため、ギャップ規定手段がトナー層の端部に生じる段差に圧接されて変形することがなく、ギャップを常に一定に保持することができる。
【００５５】
さらに、トナー担持体およびギャップ規定手段の双方が導電性材料で構成されている場合であっても、これらの間に常にトナー層が介在することとなるため、両者が直接接触・短絡することによる事故や画像品質の低下を未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる画像形成装置の第１の実施形態を示す図である。
【図２】図１の画像形成装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】図１の画像形成装置において用いられているフレキシブルプリント回路基板の部分拡大断面および帯電トナーの飛翔モデルを示す図である。
【図４】フレキシブルプリント回路基板に形成された制御電極および偏向電極を示す図である。
【図５】図３のＡ−Ａ切断面からみた断面図である。
【図６】従来技術における画像形成装置の構造を示す部分断面図である。
【図７】この発明にかかる画像形成装置の第２の実施形態の、幅方向におけるスペーサの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
３…背面電極
４…ＦＰＣ（トナー飛翔制御手段）
５…スペーサ（ギャップ規定手段）
１２…現像ローラ（トナー担持体）
２３…中間転写ベルト（受像体）
４１…トナー通過孔
４２…基体
４３…リング電極
４５Ｌ、４５Ｒ…偏向電極
Ｄ…（現像ローラ１２の）回転方向
ＥＳ…スペーサ端部
ＥＴ…トナー層端部
ＧＰ…ギャップ
Ｊ…トナー飛翔開始位置
Ｔ…トナー
ＴＬ…トナー層
Claims (2)
- 帯電したトナーを担持しつつ、所定の移動方向に移動することによって該トナーをトナー飛翔開始位置に搬送するトナー担持体と、
前記トナー担持体の前記トナー飛翔開始位置に対向するように配置された背面電極と、
前記トナー担持体と前記背面電極との間に配置され、前記トナー担持体から前記背面電極へのトナー飛翔を制御することによって前記背面電極との間を搬送されてくる受像体にトナーを着弾させてトナー像を形成するトナー飛翔制御手段と、
前記トナー担持体上に担持されるトナー層と当接して前記トナー担持体と前記トナー飛翔制御手段とのギャップを規定するギャップ規定手段とを備え、
前記トナー担持体の移動方向に直交する幅方向において、前記ギャップ規定手段の幅が前記トナー層の幅と等しいかまたはこれより小さく、しかも、
前記幅方向において前記ギャップ規定手段の両端部が、それぞれ前記トナー層の両端部と同じ位置またはこれより内側に配置されることを特徴とする画像形成装置。 - その表面に導電層が形成されて、該導電層上に帯電した非導電性のトナーを担持しつつ所定の移動方向に移動することによって該トナーをトナー飛翔開始位置に搬送するトナー担持体と、
前記トナー担持体の前記トナー飛翔開始位置に対向するように配置された背面電極と、
前記トナー担持体と前記背面電極との間に配置され、前記トナー担持体から前記背面電極へのトナー飛翔を制御することによって前記背面電極との間を搬送されてくる受像体にトナーを着弾させてトナー像を形成するトナー飛翔制御手段と、
導電性または半導電性を有する材料で形成されて、前記トナー担持体上に担持されるトナー層と当接して前記トナー担持体と前記トナー飛翔制御手段とのギャップを規定するギャップ規定手段とを備え、
前記トナー担持体の移動方向に直交する幅方向において、前記ギャップ規定手段の幅が前記トナー層の幅と等しいかまたはこれより小さく、しかも、
前記幅方向において前記ギャップ規定手段の両端部が、それぞれ前記トナー層の両端部と同じ位置またはこれより内側に配置されることを特徴とする画像形成装置。
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