JPH0361960A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉体トナーを利用した画像記録装置に関する
ものであり、特に普通紙などの記録体に直接トナー像を
形成する装置に関する。

〔従来の技術〕

粉体トナーによってハードコピーを作成する装置は、従
来より多くのものが知られている。このうち１代表的な
ものは、電子写真法による複写機やプリンターである。

これらは、光導電性を有する像担持体（感光体）に帯電
を施し、光照射によって像露光を行ない、得られた静電
潜像を粉体状のトナーで現像し、得られたトナー像を普
通紙などの記録体に転写し、さらに転写トナー像を記録
体に定着することによって記録物を作成する。複写機の
場合には、像露光が原稿から直接反射（あるいは透過）
した光で行なわれ、プリンターの場合には、像露光はデ
ジタル信号によって変調されたレーザ光やＬＥＤ光など
で行なわれる。これらの電子写真法によるハードコピー
は、高濃度、高解像力という画像上の特徴に加えて、様
々な記録体を用いることができること、さらには高速で
記録が可能であることなどの多くの長所を有する。

しかしながら、複雑で精密な構成であることが要求され
る光学系、さまざまな物性的な特性を管理しなければな
らない感光体、記録体の搬送・記録体へのトナー像の転
写・感光体クリーニングなどの機構、さらには装置全体
を高精度で廃動させることが要求される機構などのため
に、装置が複雑、大型化し、高価にならざるを得ないと
いう欠点があった。

これに対し、トナー像を選択的に記録体に転移させるこ
とにより、直接トナー像を形成し、光学系、感光体、転
写手段などを不要にすることを狙ったｒ直接記録法」が
従来より提案されている。

その中で、特開昭５８−１７６６５５号公報では、針状
の記録電極、開口を有する制御板、トナー担持体をこの
順序でぞれぞれ間隙を保って配置し、裏面が記録電極に
近接または接触するように記録体を搬送し、制御板とト
ナー担持体との間に振動電界を形成してトナーを活性化
させ、記録電極に信号電圧を印加することにより、活性
化トナーを選択的に制御板の開口部を通過させて記録体
に転移させる装置が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の公報でいう「活性化された」トナーとは、振動電
界によってトナー担持体と制御板との間を往復運動して
いるトナーのことであると考えられる。このような状態
を実現するためには、振動電界は相当強いものである必
要がある。しかし、この状態のトナーの運動を制御して
記録体へ転移させ、Ｓ／Ｎ比の大きい画像を得るために
は、その振動電界に打ち勝つだけの強い電界を形成する
必要がある。このため、制御電極に印加する電圧値は大
きくなり、隣接する制御電極間で放電が起こりやすくな
る。これを避けるために、その間隔を大きくしなければ
ならない、したがって、この方式によって得られる記録
画像の解像力は大きく制約される。

反対に、強い振動電界を避けて、トナー担持体と制御板
との間を往復運動とない程度の振動電界した発生させな
ければ、トナーはトナー担持体に留まったままであり、
「活性化された」状態とはいえず、上の場合と同様に、
トナーを記録体に飛翔させるためには大きな電界を形成
する必要がある。

いずれにしても、上記公報に記載されている構成では、
小さなエネルギーで高解像力の記録画像を得ることは非
常に困難である。

本発明の課題は、記録体に転移する前のトナーを十分に
活性化し、もってナトーの記録体への飛翔の制御を容易
とし、簡単な構成でかつ小さなエネルギーで高解像力の
トナー像を形成することである。） 〔課題を解決するための手段〕 上記の課題は１本発明により、画像記録装置に、現像剤
を担持しながら一方向に搬送する現像剤担持手段、現像
剤担持手段と近接し、現像剤担持手段との間隔が現像剤
が搬送されるにつれて増加するように設置された面状の
電極、前記現像剤担持手段と前記面状電極との間に振動
電圧を印加する電源、前記面状電極上の現像剤担持手段
から最も離れた位置に、面状電極と電気的に絶縁され、
現像剤搬送方向に対して垂直な方向に並ぶ多数の記録電
極からなる制御電極、各記録電極に画像信号に基づいた
電圧を印加する画像信号印加手段、記録体を前記制御電
極に近接または接触した位置に搬送する記録体搬送手段
を設けることにより解決される。

〔作　用〕

第１図ないし第３図を参照しながら、本発明の原理を説
明する。

第１図において、電極１と電極２との間に振動電圧が印
加されている。ある時刻において１点線で示すような同
心円状の電気力線が形成される。

荷電粒子であるトナー３はこの方向に沿って静電気力を
受ける。いま、トナーが電極２の側に引き付けられるよ
うな力を受けている場合を考える。

トナーは、電界による作用を受けて電気力線の方向に力
Ｆｇを受ける。そのため、電気力線に沿って移動し、そ
の結果、電気力線のに対して凸方向に遠心力Ｆｃを受け
る。力ＦｃとＦｇの合力Ｆｒがトナーに作用することに
なり、その結果、トナーは電気力線の同心円からはずれ
、外側に向って移動する成分を有することになる。４は
、交流電源である。

電極１．２間に形成される電界が振動するものであれば
、力ＦｃとＦｇ、すなわちＦｒは時々刻々変化するが、
Ｆｒが同心円の外側に向かうことは変わりがない。この
ため、トナーは振動しながら除々に電極１．２間隔が広
がる方向へ移動する。

第２図は電極１．２間におかれたトナーの軌跡を示した
ものである。電極１．２が狭いところでは、印加される
電圧がそれほど大きくなくても、生じる電界は強くなる
ので１、トナーは各電極にぶつかる状況が容易に実現で
きる。このようなトナーは、上述の原理により、電極間
が広くなる方向へ移動していく、この場合、両電極間に
印加する振動電圧の大きさを選択することにより、トナ
ーが電極１，２間を往復しながら移動し、又はトナーが
両電極間の少くとも１部の領域で面電極に衝突せずに移
動するように出来る。後者の場合、電極間隔が大きくな
り電界の強さがある程度以下になると、トナーが一方の
電極に達する前に逆方向へ引き戻されるようになり、ト
ナーは電極に衝突することはなくなるが、依然として電
極間を振動しながらさらに電極間が大きくなる方向へ移
動していく。

第３図は本発明の基本構成の断面を示したものである。

トナー３は１方の電極を形成する現像剤担持体１上に担
持され、一方向に搬送されている。

面状の電極２が現像剤担持体１に対して傾斜をなして設
置され、トナーの搬送方向に沿って次第に離れるように
なっている。その後端側には、制御電極５が面状電極２
とは絶縁されて設けられている。制御電極５は５図面に
対して垂直方向に長手に伸びたものになっている。制御
電極５の現像剤担持体１とは反対側の近傍に、記録体６
が置かれる。現像剤担持体１と電極２との間には、振動
電圧が与えられている。

現像剤担持体１と面状電極２に囲まれた空間に搬送され
たトナー３は、前述のような原理により。

現像剤担持体の面と垂直方向に振動しながら現像剤担持
体１と電極２との間隔が広がる方向に移動する。印加す
る振動電圧の大きさに従い、トナー２は現像剤担持体ｌ
と面状電極２との間を往復し。

又は上記間隔がある程度床がると、空間を振動しながら
浮遊するようになる。このようにして、制御電極近傍に
は、現像剤担持体の面に対して垂直の方向に振動し、ク
ラウド化したトナーが存在するようになっている。

この状態において、制御電極５にトナーを引き寄せ、さ
らにはそこを通過して記録体６に転移させるような信号
電圧を画像信号印加装置７により制御電極５に印加する
。トナー３はクラウド状態になっているので、比較的小
さい信号電圧によって制御電極５を通過させ、記録体６
の表面な付着させることができる。長手方向に並んだ多
数の記録電極に選択的に電圧を印加し、１ライン分のト
ナーの記録体６への飛翔を制御し、記録体６を所定の速
度で面移動させながらこれを繰り返すことにより、記録
体６上に直接トナー像を形成することができる。

記録体６に転移しなかったトナーは、壁８と現像剤担持
体１の間に移動し、最終的にこの領域の外部に搬出それ
る。

上述せる本発明の作用を要約すると、次のごとくである
。

■現像剤担持体に対して傾斜させた面状の電極を設け、
現像剤担持体と面状電極に振動電圧を与えることによっ
て、その間の空間に徐々に弱くなる振動電界を形成する
ことができる。

■トナーをその中に搬送することにより、振動しながら
活性化されたトナー状態を作り出すことができる。

■電界のバランスを崩すことにより、活性化されたトナ
ーの飛翔を制御できるようになる。

〔実施例〕

実施例工 第４図に示す本発明に基づく画像記録装置において、普
通紙などの記録体６がローラやベルトなどの搬送手段に
より１図のように、給紙部からトナー像形成部９、定着
部１０を通って外部に排紙される。トナー像形成部では
、トナーが像状に記録体に飛翔する。定着部では、電子
写真複写機などでよく知られているような方法で、熱や
圧力などによって記録体上のトナー像が記録体に定着さ
れる。

トナー像形成部９は、現像剤担持体である回転する現像
ローラ１１と、現像ローラ１１の移動方向に沿って間隔
が大きくなるように設置された第一の面状の電極１２と
、面状電極１２が現像ローラ１１から最も離れた端部の
近傍に他の電極とは絶縁された制御電極１５と、トナー
が搬送されるさらに下流側に徐々に現像ローラ１１に近
づくようにして設置された第二の面状電極１３とから構
成されている。第一の面状電極１２と現像ローラ１１と
の間には振動電圧が印加され、第二の面状電極 １３は現像ローラ１１と同電位になるように電気的に接
続されている。また、制御電極１５近傍は一関口部１４
となっている。開口部１４の、現像ローラ１１とは反対
側に面する位置に、記録体６が搬送される。トナーは開
口部１４から飛翔して記録体に像を形成する。１６は、
トナーを収容するホッパである。

制御電極１５は、画像の１ライン分の画素に対応して並
んだ記録電極群からなり、図面に対して垂直方向に延在
して配置されている。第５図に、その配置態様を示す、
第５図において、各記録電極は、開口部１４の間隙を挟
んで対（１５１ａ。

１５１ｂ）になっていて、それらは導通しており、画像
信号に基づく電圧が印加される。各列の記録電極の間は
絶縁体１７によってＭｌｌされている。

図においては、斜線部分が電極である。一方、画像信号
１８は外部の入力装置からシリアルに入力され、シリア
ル／パラレル変換回路１５２により１ライン（主走査ラ
イン）ごとにパラレルに変換される。その回路の出力は
各記録電極に直結している。

次に、この装置の動作を説明する。

ホッパ１６内のトナーは、現像ローラ１１上に層状にな
って搬送され、入口１９から面状の電極１２と現像ロー
ラ１１の間とに囲まれた領域に入り込み、第１図ないし
第３図について説明した原理に従って、第一の面状電極
１２と現像ローラ１１との間で両者に衝突しながら現像
ローラ１１の移動方向に進む。トナーは振動しているう
ちに凝集が破壊され、クラウド状態となって制御電極１
５に近づく。

ついで５画像信号に応じて制御電極１５の各記録電極１
５１ａ、１５１ｂに電圧が印加される。

制御電極１５付近のトナーは、クラウド状態になってい
るので、各記録電極に印加される信号電圧が比較的弱く
ても、トナーを容易に開口部１４へ移動させ、さらには
記録体６に至らせることができる。

現像ローラ１１と第一の面状電極１２との間に印加され
る振動電圧の大きさをある値以上にすると、トナーは現
像ローラと第一の面状電極とに衝突しながら往復し、両
者の間の空間を徐々に移動する。前記振動電圧をある値
以下か又はその周波数がある値以上にすると、トナーの
移動振幅が小さくなり、制御電極１５付近では、トナー
は現像ローラ１１や電極１２には衝突しなくなり、両者
の間の空間を現像ローラ１１の面と垂直方向に振動しな
がら徐々に前進するようになる。この場合。

トナーは電界のバランスによって空間に浮遊している。

この状態において、画像信号に応じた電圧が制御電極１
５の各記録電極に印加されると、それによって電界のバ
ランスが崩れるので、トナーの運動をより容易に制御す
ることが出来る。

制御電極１５付近の領域へ搬送されたトナーは。

現像ローラ１１の回転による推進力や振動電界側こよる
推進力を受けている。これらは、いずれも同じ方向に働
いている。このとき、制御電極の記録電極に対してトナ
ーを記録させないような信号が与えられると、トナーは
開口部１４へ移動するような電気的力を受けず、上記の
推進力によって慣性が働くのみである。この結果、トナ
ーは引続き同じ方向（現像ローラ１１の移動方向）に移
動し。

第二の面状電極１３、の影響下に入る。この電極は現像
ローラと同電位なので、トナーの振動は止み、現像ロー
ラ１１の移動に従って出口２０より搬出される。

以上のようにして、トナー像形成部９にはトナーの流れ
からみた定常状態が形成されている。

以下に、好ましい実施条件を示す。

・現像剤：絶縁性トナーは、ＡＣ電圧で電極間を振動し
ても除電されないように、高抵抗のトナーであることが
望ましい、さらには、現像ローラ１１上の現像剤層をな
るべく薄層にする方がよく、このためには、−成分現像
剤であることが望ましい。

・現像ローラ１１と面状電極１２．１３との毘離：最も
近い位Ｗ（現像剤の入口１９および出口２０）で５０〜
５００　ｐ　ｍ、最も遠い位Ｉ！（開口部１４）で２０
０〜１ＯＯＯμｍ。

・現像ローラ１１と記録体との距離＝３００〜３０００
μｍ ・各記録電極間のピッチ：５０〜３００μｍ・記録体移
動速度：　５０〜３００　ｍ／ｓｅｃ・現像ローラ１１
の線速度：　３０〜５００＋＋ａ／ｓｅｃ・現像ローラ
１１への印加電圧：　ＯＶ　（ＤＣ）および０．５〜３
ｋｖ（ｐｐ）　、１〜５ｋＨｚ　（ＡＣ）（上記のＤＣ
電圧値は、トナーの帯電極性が正であれば＋、負であれ
ば−とする。） ・第一面状電極１２への印加電圧：　ＯＶ　（ＤＣ）・
記録電極への印加電圧：記録時−１０〜１０■非記録時
１０〜５０Ｖ （上記のＤＣ電圧値は、トナーの帯電極性が正であるこ
とを前提とした。負であれば電圧の極性を逆にする。

実施例２ 第４図の画像記録装置において、第二の面状電極１３と
現像ローラ１１との間に、トナーを現像ローラ１１に移
動させるようなりＣ電圧を与える。

すなわち、第二の面状電極１３に対し、　ＡＣｒＩ！、
分は現像ローラと同じで、ＤＣ成分が１００〜５ｏｏｖ
ｉ像ローラ１１より大きい電圧を印加する。

この結果、開口部１４から記録体１６に飛翔しなかった
トナーは、第二の面状電極１３の影響下に入り、振動が
停止し、現像ローラ１１上に移動する方向に電気的な力
を受ける。このため、トナー像形成部９においてトナー
の飛散などが起こらず、安定にトナーを搬送することが
できる。

実施例３ 第４図の画像記録装置において、制御電極１５を第６図
のようなものにする。第５図と同様に斜線部分が電極を
示し、その他の部分は絶縁体である。

制御電極１５は、開口部１４の間隙を挟んで対になって
いる２列の電極１５５，１５６からなる。

片側は常に一定の電位の共通電極１５５で、他方の側は
、第５図のものと同様に１画像の１ライン分の画素に対
応して並んだ記録電極群からなる。

各記録電極１５６に対しては１、画像信号に基づく電圧
が印加される０画像信号の入力経路は第５図と同じであ
る。

制御電極１５付近には、実施例１と同様にして、トナー
が現像ローラと第一の面状電極との間を往復し又は両者
の間の空間に浮遊してトナークラウドが形成される０次
いで、トナーを記録体に転移させる場合には、前記共通
電極１５５と記録電極１５６とをほぼ同電位にしてトナ
ーに対して静電気力を作用させないようにし、トナーを
記録体に転移させない場合には、トナーの進行方向と同
じ向きに静電気力を与えるように記録電極上５６に電圧
を印加する６例えば、現像ローラの下流側が記録電極で
あれば、非記録の時は、トナーを引き寄せるような電圧
を記録電極１５６に印加するのが好ましい。

このようにすれば、トナーの転移の制御を、トナーの振
動方向と垂直な方向へ外力を与えることによって、より
小さなエネルギーで行なうことができる。

実施例１と同じ条件の下では、共通電極１５５に対して
Ｏｖ、記録電極１５６に対しては、記録時にはＯｖ、非
記録時には１０〜３０Ｖ程度の直流電圧をそれぞれ印加
することが好ましい。

実施例４ 第７図は本発明に基づく画像記録装置の他の例である。

第４図に示した画像記録装置と異なる点は、第二の面状
電極１３の代わりに、同様な形状の絶縁性部材２１を設
けたことである。他の点は第４図の装置と同じ構成であ
る。

トナーは、実施例１と同様に、現像ローラ１１と面状電
極１２との間の空間ｔｔ現現像−ラ１１の面と垂直方向
に振動しながら除々に前進し、制御電極１５に近づき、
制御電極１５の記録電極によって電界のバランスが崩れ
ると、開口部１４を経て記録体に達し、開口部１４へ移
動させるような電気的力を受けなければ、現像ローラ１
１の移動方向にさらに進む、この結果、トナーは絶縁性
部材２１と現像ローラ１１の間の空間に入るが、面状電
極の影響下から外れるため、振動は止み、現像ローラ１
１の移動方向へ搬送されて出口２０より外部に出される
。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので、次
のような効果を奏する。

小さなエネルギーでトナーの記録体への転移を制御し、
記録体に直接トナー像を形成することができる。

第二の面状電極をトナーの搬送される下流に置くことに
より、トナーを現像剤担持体に戻し、飛散を防ぐことが
できる。

また、上記第二の面状電極の代わりに、絶縁性部材を置
くことによっても、同様の効果が得られる。

トナーを、ＩＩ！ＩＩ性とすることにより、振動中に電
荷を失なうことなく、トナーの運動をよりよく制御する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第工図ないし第３図は本発明の詳細な説明図、第４図は
本発明により構成した画像記録装置の図式図、第５図は
第４図の装置に用いる制御１！極の説明図、第６図は制
御電極の別の変形例を示す説明図、第７＠は本発明によ
る画像記録装置の別の実施例を示す図式図である。 ４・・・交流電源 ６・・・記録体 ７・・・画像信号印加装置 ９・・・トナー像形成部 １１・・・現像ローラ（現像剤担持手段）１２・・・第
一の面状電極 １３・・・第二の面状電極 １４・・・開口部 １５・・・制御電極 ２工・・・絶縁性部材 １５１ａ。 １５１ｂ・・・記録電極 １５５・・−共通電極 １５６・・・記録電極 第 １ 図 第 図 第 図 ＠４　巳 ０ 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）現像剤を担持しながら一方向に搬送する現像剤担
   持手段、 現像剤担持手段と近接し、現像剤担持手段との間隔が現
   像剤が搬送されるにつれて増加するように設置された面
   状の電極、 前記現像剤担持手段と前記面状電極との間に振動電圧を
   印加する電源、 前記面状電極上の現像剤担持手段から最も離れた位置に
   、面状電極と電気的に絶縁され、現像剤搬送方向に対し
   て垂直な方向に並ぶ多数の記録電極からなる制御電極、 各記録電極に画像信号に基づいた電圧を印加する画像信
   号印加手段、 記録体を前記制御電極に近接または接触した位置に搬送
   する記録体搬送手段、 から構成される画像記録装置。
2. （２）前記現像剤担持手段と面状電極との間に印加され
   る振動電圧が、現像剤を前記現像剤担持手段と面状電極
   との間で往復させる大きさである請求項１記載の画像記
   録装置。
3. （３）前記現像剤担持手段と面状電極との間に印加され
   る振動電圧が、現像剤を少なくとも１部の領域で前記現
   像剤担持体と面状電極との間を衝突させずに振動させる
   大きさである請求項１記載の画像記録装置。