JPH05294000A - 画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 記録時のドット径の広がりを簡易な構成で防
止し、高解像度の画像記録を行うことができる画像記録
装置を提供すること。 【構成】 ドット径の広がりの原因となるゲート電極７
側の開口部８端部近傍のトナーをトナー源規制部材１０
によって排除することにより、効果的にドット径の広が
りを抑えることができる。

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】上記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２−１９６７
８１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、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。

【０００８】図５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５００Ｖ、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、開口部８の
直径を１００μｍとした。

【０００９】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倍となってしまった。こ
の計算結果は、実際の印字結果とほぼ一致した。特に、
ゲート電極７側の開口部８の端部近傍を起源とするトナ
ーは、ドット径の最も外側に広がった部分のトナー像を
形成するという計算結果が得られた。

【００１０】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、記録時のドット径の広がりを簡
易な構成で防止し、高解像度の画像記録を行うことがで
きる画像記録装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【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、少なくとも絶縁層に開口部
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
配置される対向電極とから構成されており、更に少なく
とも前記絶縁層の前記トナー供給手段と対向する面の開
口部近傍、または開口部内壁の一部にトナーが開口部を
通過することを規制するトナー源規制手段を備えてい
る。

【００１２】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像記録装置に於
いて、アパチャー電極は、開口部を通過するトナーの流
れを変調制御し、トナー供給手段は、アパチャー電極の
開口部に帯電したトナーを供給する。ここで、トナー源
規制手段は、少なくとも前記絶縁層の前記トナー供給手
段に対向する面の開口部近傍、または開口部内壁の一部
に設けられ、この部分に付着するトナーが開口部に供給
されないよう、この部分の空間を埋める。対向電極は、
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、前記アパチャー電極の開口部を通過
したトナーを受像媒体に付着させるべく引き寄せる。

【００１３】

【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。

【００１４】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
調手段であるアパチャー電極３の構成図及び、該アパチ
ャー電極３のうちの一つの開口部の断面図である。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』の方向に力をうけるような電界の向きを、
『正』の電界とする。

【００１５】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アパチャー電極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。

【００１６】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。

【００１７】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３３
が配置されている。

【００１８】前記供給ローラ３３は、発泡性ウレタンス
ポンジ層をその表面に有するように構成されており、該
供給ローラ３３の表面上に前記トナー１を担持する。

【００１９】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。

【００２０】前記掻き部材３４は、前記ブラシローラ３
２を引掻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のクラウドを前記アパチャー電極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２
５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。

【００２１】前記アパチャー電極３は、前記トナー案内
板３５の約５ｍｍ上方に配置されている。

【００２２】図２は、アパチャー電極３の構成を示す図
である。５０μｍの厚みの樹脂フィルム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いる。前記データ電極
６、ゲート電極７はそれぞれ銅膜で構成されている。

【００２３】前記アパチャー電極３を真上から見た状態
で、ゲート電極７とデータ電極６とが交わる位置には穴
が設けられており、開口部８を形成している。該開口部
８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。

【００２４】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
記開口部８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。

【００２５】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ている。

【００２６】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。

【００２７】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から前記開口部８内の範囲にわたって約１ＭＶ／ｍ
（＝１×１０⁶ Ｖ／ｍ）の正の電界、すなわち飛翔電界
を生じさせている。

【００２８】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２
０は、すべて、アパチャー電極３に表面実装されてい
る。したがって、アパチャー電極３には、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。

【００２９】アパチャー電極３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ている。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３８が発生する振動を共振するように構成されてい
る。したがって、スペーサ３７とともにアパチャー電極
３が加振される。

【００３０】図３は、アパチャー電極３に於ける開口部
８付近の一部分を詳細に示す断面図である。

【００３１】ゲート電極７が開口部８によって切断され
ている端部の周辺には、トナー源規制部材１０が着設さ
れている。該トナー源規制部材１０は、樹脂や金属酸化
物等の絶縁性物質で構成されている。該トナー源規制部
材１０は、例えばフォトマスクを用いてＳiＯ₂等をスパ
ッタリングしたり、鉄やニッケル等の硫酸塩水溶液中か
ら電気分解により前記端部上に優先的に金属鉄やニッケ
ルを析出させ、これを高湿度条件下で酸化させる等の方
法によって形成することができる。

【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３の真下まで飛行す
る。

【００３５】アパチャー電極３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
開口部８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開口部８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
けられた開口部８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、開口部８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
がそのまま開口部８を通過する。

【００３８】前記開口部８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。

【００３９】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、開口部８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が開口部８を通過できない。

【００４０】走査回路１９により、順次ゲート電極７に
０Ｖを印加し、そのゲート電極７につながる開口部のデ
ータ電極６に画像信号に応じて０Ｖか＋７５Ｖを印加す
ることによって駆動し、一列ずつ記録を行う。

【００４１】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。

【００４２】前記開口部８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及び
トナー源規制部材１０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３の振動加
速度によって、付着しかけたトナー１を容易にふるい落
とすことができ、記録中に開口部８の詰まりを生じるこ
とがない。

【００４３】ここで、前記トナー源規制部材１０を備え
た本実施例の画像形成装置と、従来の画像形成装置との
トナー軌跡の差異を有限要素法の計算結果をもとに示
す。

【００４４】図４は、本実施例の画像形成装置における
トナー軌跡を計算した結果を示す図である。図５の計算
とは、前記トナー源規制部材１０の有無が異なるだけ
で、その他の計算条件は上述した図５の計算条件と同一
のものを用いた。図４と図５の比較より、本実施例の画
像形成装置に於いては、ドット径の広がりの原因となる
開口部端部近傍からのトナー供給を前記トナー源規制部
材１０によって排除し、効果的にドット径広がりを抑え
ることができることが確認された。

【００４５】以上説明したように、本発明の記録装置に
よれば、ドット径広がりを抑え高解像度の記録を行うこ
とが出来る。

【００４６】尚、本発明は、以上詳述した実施例に限定
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。

【００４７】例えば、上記実施例に於いては、トナー源
規制部材をゲート電極側のみに形成したが、データ電極
側にも形成しても差し支えない。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の記録装置は少なくともアパチャー電極の絶縁層の
トナー供給手段と対向する面の開口部近傍、または開口
部内壁の一部にトナーが開口部を通過することを規制す
るトナー源規制手段を設けたことにより、記録時のドッ
ト径の広がりを防止し、高解像度の画像記録を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像記録装置の概略を示す構成図であ
る。

【図２】本発明の画像記録装置に搭載されるアパチャー
電極の構成図である。

【図３】本発明の画像記録装置に搭載されるアパチャー
電極の断面図である。

【図４】本発明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。

【符号の説明】

１ トナー ３ アパチャー電極 ６ データ電極 ７ ゲート電極 ８ 開口部 １０ トナー源規制部材 ２１ 対向電極 ２４ トナー供給装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも絶縁層に開口部を備え、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
   反対側に配置される対向電極とから構成される画像記録
   装置に於いて、 少なくとも前記絶縁層の前記トナー供給手段と対向する
   面の開口部近傍、または開口部内壁の一部にトナーが開
   口部を通過することを規制するトナー源規制手段を設け
   たことを特徴とする画像記録装置。