JPH05293999A

JPH05293999A - 画像記録装置

Info

Publication number: JPH05293999A
Application number: JP9966192A
Authority: JP
Inventors: Masaichi Tanabe; 政一田辺
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1992-04-20
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】開口部径の大小に関わらず、任意のドット径
のトナー像を形成することができるような記録安定性に
優れた高品質な画像記録装置を提供すること。【構成】トナー供給装置２４から供給されたトナー１
の流れはアパチャー電極８で画像データに応じて変調さ
れ、記録に寄与するトナー１は第１の開口部１５を通過
し、第２の開口部１６を通過する際にさらにレンズ電極
１４で収束、または発散される。該レンズ電極１４の印
加電圧を操作する事によって任意のドット径のトナー像
を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、開口部を備え、この開
口部を通過する帯電トナーの流れを変調制御する手段を
有する画像記録装置であって、特には複写機、プリンタ
ー等に適用される画像記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像記録装置には、トナー供給源
と、開口部を有するアパチャー電極と、対向電極とから
構成されているものがあった。そして、アパチャー電極
は、絶縁層を介して基準電極と多数の制御電極とから構
成され、基準電極と制御電極とが重なる部分に開口部が
設けらていた。開口部は、パンチまたはレーザー加工等
の手段で形成することができた。

【０００３】前記アパチャー電極の基準電極や、制御電
極などの電極を構成する電極パターン部は、通常、ナイ
ロン、ポリイミドなどの絶縁性高分子フィルムや、セラ
ミックなどの個体絶縁物等で構成される厚さ１０〜１０
００μｍの前記絶縁層の両面に、銅などをスパッタリン
グし、この両面に電極パターンのマスクを施し、非電極
パターン部をエッチングで除去することによって形成さ
れていた。

【０００４】そして、トナー供給源から帯電したトナー
がアパチャー電極の基準電極側に供給され、このアパチ
ャー電極によって、トナー流の前記開口部の通過が変調
される。変調されたトナーは、対向電極の方向へ引き寄
せられて、この対向電極に搬送される支持体に付着し、
画像が形成される。この種の画像記録装置は、例えば、
米国特許第3689935号明細書及び図面に開示されてい
る。

【０００５】前記のような構成の画像記録装置において
は、アパチャー電極の開口部がトナーによって穴詰まり
を起こすという致命的な問題点があった。アパチャー電
極開口部にトナーが詰まると、印字不良を起こすばかり
ではなく、制御電極と基準電極とがトナーを通して通電
してしまい、制御装置やアパチャー電極自身の破壊等の
重大な事故を引き起こすことがあった。

【０００６】そこで、本出願人は、特願平2-196781号の
願書に添付した明細書及び図面において、励振手段をア
パチャー電極に備え付けることによって、アパチャー電
極を振動させて、開口部に詰まったトナーをふるい落と
して記録安定性を飛躍的に向上させたものを提案した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の画像記録装置に於いて記録画像の高解像
度化を図るためには、前記開口部の径を小さくする必要
があるが、開口部を小さくすることによって上述のよう
なトナーの穴詰まりが起こり易くなるという問題が生じ
た。逆に、トナー穴詰まりの度合を減少させるために開
口部の径を大きくすると、記録画像の解像度が低下し
た。

【０００８】また、記録されたトナー像のドット径は、
一般に開口部径よりも広がってしまい、この傾向は開口
部径を小さくするほど顕著になるという問題が生じた。

【０００９】図５及び図６は、開口部を通過したトナー
の軌跡を有限要素法により計算した結果である。ここ
で、計算の条件は、絶縁層に厚さ５０μｍのポリイミド
（比誘電率４）、対向電極２１の電位をマイナス５００
Ｖ、ゲート電極７の電位を０Ｖ、データ電極６の電位を
＋７５Ｖ、トナー１は粒径７μｍ、帯電量＋９μＣ／
ｇ、対向電極２１とデータ電極６との間隙を５００μｍ
とし、図５に於いては第１の開口部１５の直径を１００
μｍ、図６に於いては第１の開口部１５の直径を５０μ
ｍとした。

【００１０】図５において、予想されるドット径は約１
３０μｍ、開口部径の約１．３倍となってしまい、図６
に至っては、予想されるドット径は約８５μｍ、開口部
径の約１．７倍となってしまった。これらの計算結果
は、実際の印字結果とほぼ一致した。

【００１１】この理由としては、開口部径が小さいほ
ど、開口部内の電界強度が大きくなり、開口部内を通過
するトナーの速度が大きくなるため、アパチャー電極に
おいてトナー流を収束させようと働く電界の作用してい
る部分（開口部の入口から絶縁層の厚みの半分の位置ま
での部分）を通過する時間が短く、従ってトナー流が十
分に収束されないままにトナーが受像紙に到達するに至
ったということが考えられる。

【００１２】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、開口部径の大小に関わらず任意
のドット径のトナー像を形成することができ、特に、開
口部をトナー詰まり防止のために大口径化しても高解像
度化が可能な記録安定性に優れた画像記録装置を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の画像記録装置は、少なくとも２つの電極膜の
パターンが絶縁層を介して設けられ、それらの電極膜の
重なった部分に開口部を備え、この開口部を通過するト
ナーの流れを変調制御するアパチャー電極と、そのアパ
チャー電極の開口部に帯電したトナーを供給するトナー
供給手段と、前記アパチャー電極に対向して、前記トナ
ー供給手段の反対側に配置され、前記開口部を通過する
トナーを引き付ける対向電極とから構成されものであ
り、更に、前記アパチャー電極を通過した後の前記トナ
ーの流れを収束、または発散させることにより印字ドッ
ト径を制御する補助変調手段を備えている。

【００１４】

【作用】前記の構成を有する本発明の画像記録装置にお
いて、アパチャー電極はトナーの流れを変調制御し、ト
ナー供給手段は前記アパチャー電極の開口部に帯電した
トナーを供給し、補助変調手段は前記アパチャー電極を
通過した後のトナーの流れを収束、または発散させるこ
とにより印字ドット径を制御し、対向電極は前記補助変
調手段を経たトナーを引き付けるための電界を発生す
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。

【００１６】図１は、本実施例の記録装置の概略を示す
構成図である。また、図２は、図１のうちのトナー流変
調手段である印字電極３の構成図である。また、図１、
図２に於ける矢印２は、それぞれの図における『上』の
方向を示すものであり、図１に於いて、正電荷が『上』
の方向に力を受けるような電界の向きを『正』の電界と
する。

【００１７】実施例の記録装置の内部には、トナー供給
装置２４と、トナー流変調手段である印字電極３と、回
転して支持体を搬送できる対向電極２１とが設けられて
いる。

【００１８】トナー供給装置２４は、軸架されたブラシ
ローラ３２と、軸架された供給ローラ３３と、掻き部材
３４と、トナー案内板３５とから構成されている。

【００１９】前記ブラシローラ３２は、金属などの導電
性心棒の外側に、導電性または絶縁性の植毛が埋設され
ており、この植毛に圧接するように前記供給ローラー３
３が配置されている。

【００２０】前記供給ローラ３３は、発泡性ウレタンス
ポンジ層が、マグネットローラを被覆するように構成さ
れており、前記トナー１を磁化しながら、該供給ローラ
３３の表面上に前記トナー１を担持する。

【００２１】前記供給ローラ３３と前記ブラシローラ３
２とが圧接したところで、前記トナー１は、前記ブラシ
ローラ３２の表面の植毛によって掻き取られて前記ブラ
シローラ３２上に担持される。

【００２２】前記掻き部材３４は、前記ブラシローラ３
２を引っかくように配置されている。また、前記トナー
案内板３５は、ブラシローラ３２に担持された前記トナ
ー１が掻き部材３４によって引掻かれるときに発生する
前記トナー１のクラウドを前記印字電極３にまで案内す
るように設けられる。トナー案内板３５は接地されてい
る。前記ブラシローラ３２と、供給ローラ３３と、掻き
部材３４と、トナー案内板３５は、トナーケース２５に
覆われ、該トナーケース２５の内部にトナー１が貯蔵さ
れている。

【００２３】前記印字電極３は、前記トナー案内板３５
の約５ｍｍ上方に配置されている。図２は、印字電極３
の構成を示す図である。５０μｍの厚みの第一の樹脂フ
ィルム５の上側には線状のデータ電極６、下側には線状
のゲート電極７が互いに格子状になるよう設けられてお
り、アパチャー電極８を形成している。また、５０μｍ
の厚みの第二の樹脂フィルム９の上側には円形の第一偏
向電極１０、下側には円形の第二偏向電極１１が設けら
れており、レンズ電極１４を形成している。前記アパチ
ャー電極８と前記レンズ電極１４との間は、空隙にして
もよいし、前記アパチャー電極８と前記レンズ電極１４
とを、第３の樹脂フィルムを挟んで接着剤等を用いて貼
り合わせてもよい。

【００２４】前記データ電極６、ゲート電極７、第一偏
向電極１０、第二偏向電極１１は、それぞれ銅膜で構成
されている。

【００２５】前記印字電極３を真上から見た状態で、ゲ
ート電極７とデータ電極６と第一偏向電極１０と第二偏
向電極１１とが交わる位置に穴が設けられており、第１
の開口部１５及び第２の開口部１６を形成している。該
第１の開口部１５及び第２の開口部１６を形成する穴の
直径は、約２５〜５００μｍの範囲で任意に選択するこ
とが出来る。

【００２６】ゲート電極７は、それぞれゲート電極駆動
素子１７に接続されている。ゲート電極駆動素子１７
は、走査回路１９に接続されており、０Ｖが順次一つの
ゲート電極７に印加され、他のゲート電極７には、＋７
５Ｖが印加される。下記のように、該ゲート電極７と接
地されたトナー案内板３５との間の電位差によって、前
記第１の開口部１５に向かう前記トナー１の供給の有無
を制御するよう電界が形成される。

【００２７】データ電極６はそれぞれデータ電極駆動素
子１８に接続されている。データ電極駆動素子１８は、
画像データ出力回路２０に接続され、画像データに応じ
てデータ電極６への印加電圧を０Ｖか＋７５Ｖに切り替
えられるように構成される。第一偏向電極１０及び第二
偏向電極１１は、それぞれ偏向電極駆動素子１３に接続
されており、それぞれ任意の電圧が印加されている。

【００２８】前記ゲート電極駆動素子１７、前記走査回
路１９、前記データ電極駆動素子１８、前記画像データ
出力回路２０、及び前記偏向電極駆動素子１３は、すべ
て中央制御素子４に接続され、該中央制御素子４は、前
記各素子の作動を制御すると同時に、前記各素子が駆動
する各電極の印加電圧を、使用者の操作に応じて適宜変
更することができる。

【００２９】図１に於いて、対向電極２１は、マイナス
５００Ｖの直流電源３６に接続されており、該対向電極
２１から前記第１の開口部１５内の範囲にわたって約１
ＭＶ／ｍ（＝１×１０⁶Ｖ／ｍ）の正の電界、すなわち
飛翔電界を生じさせている。前記ゲート電極７、前記デ
ータ電極６、前記ゲート電極駆動素子１７、前記走査回
路１９、前記データ電極駆動素子１８、及び前記画像デ
ータ出力回路２０は、すべて、アパチャー電極８に表面
実装されている。したがって、アパチャー電極８は、こ
れらの素子を全て搭載できるように電極膜のパターンが
形成されている。

【００３０】同様に、前記第一偏向電極１０、前記第二
偏向電極１１、及び前記偏向電極駆動素子１３は、すべ
て、レンズ電極１４に表面実装されている。したがっ
て、レンズ電極１４は、これらの素子を全て搭載できる
ように電極膜のパターンが形成されている。

【００３１】アパチャー電極８は、スペーサ３７に接着
されている。スペーサ３７には、圧電素子３８が設けら
れている。該圧電素子３８は、発振器３９によって振動
電界が印加されるように構成される。スペーサ３７は、
発振器３９から印加される振動電界の作用で圧電素子３
８が発生する振動を共振するように構成されている。こ
れにより、スペーサ３７とともにアパチャー電極８が加
振される。

【００３２】次に、本実施例の記録装置の動作について
説明する。

【００３３】トナー供給装置２４に於いて、トナー１
が、供給ローラ３３上に担持され、ブラシローラ３２に
供給される。このときトナー１は、供給ローラ３３、及
びブラシローラ３２と接触しつつ摩擦帯電する。例え
ば、本実施例に於いてはプラス（＋）に帯電するものと
する。

【００３４】ブラシローラ３２に担持された前記トナー
１は、ブラシローラ３２の回転によって、掻き部材３４
の位置にまで搬送される。この場所で、掻き部材３４に
よって、ブラシローラ３２が掻かれて該ブラシローラ３
２の植毛は弾性的に屈曲する。そして、弾性による植毛
の復元力の作用で、ブラシに担持されたトナー１が、回
転に対して接線方向に加速、飛翔する。この結果、前記
トナー１のクラウドが発生し、トナー案内板３５によっ
て案内されながら、アパチャー電極８の真下まで飛行す
る。

【００３５】アパチャー電極８のうちの一つのゲート電
極７に０Ｖを印加し、他のゲート電極７には＋７５Ｖを
印加する。＋７５Ｖが印加された該ゲート電極７には、
トナー案内板３５から該ゲート電極７に向かって負の電
界が生じるので、プラス電荷を持つ前記トナー１が前記
第１の開口部１５の近傍に供給されなくなる。該ゲート
電極７に０Ｖの電圧を印加したときには、該ゲート電極
７と前記トナー案内版３５との間には電界は発生しない
ので、トナー１が飛行による慣性で前記第１の開口部１
５の近傍に供給される。

【００３６】０Ｖが印加された一列のゲート電極７に設
けられた第１の開口部１５に於いて、供給されてきたプ
ラス帯電の前記トナー１の流れは、データ電極駆動素子
１８から印加される電圧によって以下のように変調され
る。

【００３７】データ電極６に０Ｖが印加されたとき、該
データ電極６と、同じく０Ｖである前記ゲート電極７と
の間には電位差がないので、第１の開口部１５の内部に
は、外部から正の飛翔電界が作用するために、供給され
たトナーがそのまま第１の開口部１５を通過する。

【００３８】第１の開口部１５を通過したトナー１は、
次に第２の開口部１６を通過する。この際、第一偏向電
極１０及び第二偏向電極１１によって第２の開口部１６
内に形成されている電界の作用で、トナー１の流れは収
束される。収束の度合は、前記第一偏向電極１０及び第
二偏向電極１１への印加電圧を適宜制御することによっ
て変更することが出来る。

【００３９】例えば、図３は第二偏向電極１１に＋１５
０Ｖ、第二偏向電極１０に＋３００Ｖを印加したときの
トナー１の軌跡、図４は第二偏向電極１１に＋７５Ｖ、
第一偏向電極１０に＋２２５Ｖを印加したときのトナー
１の軌跡を有限要素法により計算した結果を示す図であ
る。ここで、計算条件は、上述した図５及び図６と同一
とする。

【００４０】図３、図４のいずれの場合に於いても、図
５や図６の如くアパチャー径よりもドット径が広がって
しまうことがないようにドット径を制御することがで
き、しかも、使用者の趣意によって、第二偏向電極１
１、第一偏向電極１０の印加電圧を操作することによっ
て任意のドット径の記録像を形成することが出来る。

【００４１】以上のように、第二偏向電極１１及び第一
偏向電極１０の印加電圧を適宜操作することによって、
任意のドット径の記録を行うことが出来る。

【００４２】前記第２の開口部１６を通過後のトナー１
は、対向電極２１によって形成されている飛翔電界によ
って、支持体２３に飛翔して付着する。

【００４３】一方、７５Ｖが印加されたデータ電極６に
は、ゲート電極７とデータ電極６との間の電位差のため
に、第１の開口部１５の内部に約３ＭＶ／ｍの強度の負
の電界が形成され正の飛翔電界を打ち消すために、プラ
ス帯電の前記トナー１が第１の開口部１５を通過できな
い。

【００４４】走査回路１９により、順次ゲート電極７に
０Ｖを印加し、データ電極６に画像信号に応じて０Ｖか
＋７５Ｖを印加することによって、ゲート電極７の一列
ずつ記録を行う。

【００４５】ゲート電極７の走査が一巡したら、支持体
２３をドットピッチ分だけ移動して、前記のプロセスを
繰り返す。支持体が搬送し終わるまでに支持体２３の全
面にトナー像が形成される。

【００４６】前記第１の開口部１５の近傍に供給された
が記録に関与しなかった前記トナー１は、前記ゲート電
極７に静電気的な鏡像力やファンデルワールス力、液架
橋力等によって付着しようとするが、これらの付着力
は、上述したアパチャー電極８の振動加速度によって、
付着しかけた該トナー１を容易にふるい落とすことがで
き、記録中に第１の開口部１５の詰まりを生じることが
ない。

【００４７】以上説明したように、本発明の記録装置に
よれば、補助変調手段を適宜操作することによって、開
口部径によらず任意のドット径の記録を行うことが出来
る。尚、本発明は、以上説明した実施例に限定されるも
のではなく、その趣旨を逸脱しない範囲に於いて、種々
の変更を加えることが可能である。

【００４８】例えば、上記実施例に於いては、アパチャ
ー電極の開口部の直径と補助変調手段であるレンズ電極
の開口部の直径とは同一にしたが、異なる直径にしても
よい。

【００４９】また、開口部形状は円形に限らず、多角形
状やスリット状でもよい。

【００５０】また、上記実施例に於いては、補助変調手
段を１組用いたが、二組以上用いてもよい。この場合、
各補助変調手段を構成する電極パターンに設けられる開
口部の大きさは、全て同一でも良いし、異なってもよ
い。開口部形状は円形に限らず、多角形状やスリット状
でもよい。

【００５１】また、上記実施例に於ける第一及び第二偏
向電極への電圧印加は、画像データ出力回路による印字
操作と同期してもよいし、印字操作と関係なく常に一定
電圧を印加してもよい。

【００５２】また、上記実施例に於いて、補助変調手段
の構成をアパチャー電極と同様に走査可能な構成にして
もよい。

【００５３】

【発明の効果】以上詳述したことから明かなように、本
発明の画像記録装置によれば、開口部径の大小に関わら
ず任意のドット径のトナー像を形成することができ、特
に、開口部をトナー詰まり防止のために大口径化しても
高解像度化が可能となるので、安価で、記録安定性に優
れた高品質な画像記録装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の画像記録装置の概略を示す構成図で
ある。

【図２】本実施例の画像記録装置の印字電極の構成図で
ある。

【図３】本実施例の画像記録装置に於ける記録時のトナ
ー軌跡の一例を示す図である。

【図４】本実施例の画像記録装置に於ける記録時のトナ
ー軌跡の一例を示す図である。

【図５】従来の画像記録装置に於ける記録時のトナー軌
跡の一例を示す図である。

【図６】従来の画像記録装置に於ける記録時のトナー軌
跡の一例を示す図である。

【符号の説明】

１トナー３印字電極６データ電極７ゲート電極８アパチャー電極１０第一偏向電極１１第二偏向電極１３偏向電極駆動素子１４レンズ電極１５第１の開口部１６第２の開口部２１対向電極２４トナー供給装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つの電極膜のパターンが絶
縁層を介して設けられ、それらの電極膜の重なった部分
に開口部を有し、この開口部を通過するトナーの流れを
変調制御するアパチャー電極と、そのアパチャー電極の開口部に帯電したトナーを供給す
るトナー供給手段と、前記アパチャー電極に対向して、前記トナー供給手段の
反対側に配置され、前前記開口部を通過するトナーを引
き寄せる対向電極とから構成される画像記録装置に於い
て、前記アパチャー電極を通過した後のトナーの流れを収
束、または発散させることにより印字ドット径を制御す
る補助変調手段を備えたことを特徴とする画像記録装
置。