JPH05309865A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アパーチャ電極に入射する振動の周波数を変
化することで入射波と反射波の合成による定在波の節の
位置を常に移動させ、その結果、アパーチャ電極上への
トナー粒子の堆積を有効に防止する。 【構成】 アパーチャ電極１を励振する装置として、ア
パーチャ電極１に設けられた振動体２１とこの振動体２
１を励振する励振体２とを備える。励振体２から入射す
る入射波の周波数を、振動体２１の共振モードのうち、
少なくとも２種類の共振モードの共振周波数を含む範囲
で掃引するか、あるいは励振体２から入射する入射波の
周波数を、振動体２１の共振周波数のうち、少なくとも
２種類の共振周波数間で切り換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像形成装置に関する
ものであり、さらに詳細には、トナーをアパーチャ電極
により直接変調制御して被記録体上に画像を形成する画
像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の画像形成装置は、例えば米国特
許第３６８９９３５号明細書に報告されている。この画
像形成装置は、トナークラウダーと、アパーチャ電極
と、対向電極とから構成されている。前記トナークラウ
ダーは、帯電したトナーのクラウドを発生し、そのトナ
ークラウドを前記アパーチャ電極の近傍に供給する手段
である。

【０００３】このアパーチャ電極は、前記トナークラウ
ドからのトナーの流れを変調制御する制御手段であり、
多数のアパーチャすなわち開口部を備えた絶縁層と、そ
の絶縁層の一方の面に設けられた第１電極層と、その絶
縁層の他方の面に設けられ、前記多数のアパーチャの各
々に対し独立に設けられた多数の第２電極層とから構成
される。さらに前記対向電極は、紙などの被記録体を吸
着保持するもので、アパーチャ電極と対向して配置され
る。

【０００４】以上のように構成された画像形成装置にお
いては、トナークラウダーにより供給されたトナー流
を、アパーチャ電極と対向電極に印加する電気信号によ
り制御することにより、紙などの被記録体上に画像が形
成される。

【０００５】この画像形成装置により画像の形成を行う
場合、アパーチャ電極のアパーチャ部に、トナーによる
穴詰まりが発生するという問題があった。すなわち、例
えば２４０ＤＰＩの記録密度を得ようとすると、ドット
の大きさは最大１００μｍであるので、そのアパーチャ
電極のアパーチャの内径を最大５０μｍ程度と小さくす
る必要があった。このようにアパーチャの内径を小さく
すると、トナー粒子が鏡像力等によりアパーチャ電極上
に堆積し、その結果、トナー粒子によりアパーチャ電極
が目詰まりを起こし、常に安定した画像出力を得ること
が困難であるという問題があった。

【０００６】そこで本出願人は、特願平２−２９１１１
６号の願書に添付した明細書及び図面に示したように、
アパーチャ電極上に進行波を励振してトナー粒子の堆積
を防ぐ方法を提案した。この方法は、トナー粒子にアパ
ーチャ電極に励振される進行波により発生する振動加速
度を与えることで、アパーチャ電極上に堆積しようとす
るトナー粒子に、堆積の原因となる前記鏡像力等より大
きな反発力を加えることで、トナー粒子の堆積を防ごう
とする方法である。

【０００７】上述のような画像形成装置においては、ア
パーチャ電極の形状は矩形平板状が一般的であるので、
このアパーチャ電極上に進行波を励振するためには、ア
パーチャ電極のアパーチャ列方向の一端に励振体を設
け、他端にはアパーチャ電極上を伝播してくる進行波の
振動のエネルギーを吸収消費して反射波の発生を防止す
る終端体を設けてアパーチャ電極上に進行波のみを励振
する必要があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た方法で進行波を励振する際には、その進行波の進行方
向の振幅の分布を大略一定にするために、前記励振体か
ら投入される振動のエネルギーを完全に終端体で消費す
る必要がある。そのためには、終端部において、例えば
完全なインピーダンス整合等、複雑な工夫をする必要が
あり、完全に反射波をなくすことは非常に困難である。
すると、励振体から入射される入射波と終端体からの反
射波との重ね合わせにより、アパーチャ電極上に定在波
が励振され、この定在波の節近傍ではトナー粒子に十分
な振動加速度を与えることができず、その結果、トナー
粒子がこの節近傍に堆積するという問題があった。

【０００９】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、その目的は、入射波と反射波の
重ね合わせにより生成される定在波の節パターンを移動
させることによって、アパーチャ電極上の一定の位置に
トナー粒子が堆積することを有効に防止できる画像形成
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の画像形成装置は、帯電したトナーを変調制御
するアパーチャ電極と、そのアパーチャ電極に着設さ
れ、アパーチャ電極を振動させるための振動体と、その
振動体を励振する励振体とを備えた画像形成装置であっ
て、前記振動体に励振される振動が、この振動体の少な
くとも２種類の共振モードを含んでいる。

【００１１】また、前記振動体を励振する励振周波数
を、前記振動体の少なくとも２種類の共振モードの共振
周波数を含む範囲で掃引してもよい。

【００１２】また、前記振動体を励振する励振周波数
を、前記振動体の少なくとも２種類の共振モードの共振
周波数で切り替えてもよい。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置にお
いては、振動体に励振される入射波と反射波の振動周波
数の値あるいは両者の差、あるいは両者の位相差が時時
刻刻と変化するので、入射波と反射波の重ね合わせによ
りアパーチャ電極上に形成される定在波の節パターンが
時間的に変化するので、トナー粒子が同じ位置に堆積す
ることがなくなり、その結果、アパーチャ電極がトナー
粒子によって目詰まりを起こすことを防止できる。

【００１４】

【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。

【００１５】図８において、トナージェット記録装置１
００は、記録部１０１と、熱定着部１０２とから構成さ
れる。このトナージェット記録装置１００の側部には、
記録される用紙Ｐを挿入するための挿入口１１７と、記
録された用紙Ｐを取り出すための取り出し口１１８とが
設けられている。記録部１０１においては、前記挿入口
１１７から挿入され、一対の送りローラ１１６により搬
送された用紙Ｐに画像が記録される。そして、熱定着部
１０２において、この用紙Ｐに記録された画像が定着さ
れる。更に、用紙Ｐは、ガイド１１５を経由して、取り
出し口１１８へと送られる。

【００１６】記録部１０１は、トナーＴを帯電させるた
めのブラシを備え回転可能なブラシローラ１０３と、ア
パーチャ電極１と、アパーチャ電極１と所定の間隔をお
いて対向して設けられた対向電極１１２とから構成され
る。この対向電極１１２は電源Ｅ２（マイナス）に接続
される。

【００１７】熱定着部１０２は、熱源を有するヒートロ
ーラ１１３とプレスローラ１１４とから構成される。こ
れらヒートローラ１１３とプレスローラ１１４とは、こ
れらのローラ間を用紙Ｐが通過できるように配置されて
いる。

【００１８】前記ブラシローラ１０３の周囲には、ブラ
シローラ１０３の回転方向に従って回転可能でありトナ
ーＴをブラシローラ１０３へ供給するための供給ローラ
１０４と、ブラシローラ１０３のブラシに付着したトナ
ーＴをはじくための掻き部材１１０とがそれぞれブラシ
ローラ１０３に接触して設けられる。また、前記供給ロ
ーラ１０４には、トナーＴを均一な厚さで供給ローラ１
０４へ供給するための供給ブレード１１１が接触して設
けられる。この供給ブレード１１１の上にはトナーＴが
貯蔵されている。供給ローラ１０４及び供給ブレード１
１１は、ケースＫによって覆われている。前記アパーチ
ャ電極１は前記ブラシローラ１０３の上方に設けられて
いる。

【００１９】次に、図１を参照して、上記アパーチャ電
極１の構成を説明する。

【００２０】図１に示すように、アパーチャ電極１は、
絶縁層１０６と基準電極層１０７とを重ね合わせ、その
基準電極層１０７側に振動体２１を設けることにより構
成されている。前記絶縁層１０６側には、多数の列状に
形成された制御電極層１０８が設けられており、この制
御電極層１０８には、それぞれ、前記絶縁層１０６、基
準電極層１０７及び振動体２１を貫通するアパーチャ１
１が設けられている。また、前記振動体２１は、振動体
２１に励振される振動に追従した振動をアパーチャ電極
１上に励振させるものである。この振動体２１は、相異
なる周波数ｆｍ［Ｈｚ］，ｆｎ［Ｈｚ］で共振する共振
モードを有する矩形平板状の金属板で構成されている。
そして、振動体２１の一端には、振動体２１に振動を励
振する励振体２が設けられており、他端には、励振体２
から入射された振動を反射する反射体２０が設けられて
いる。

【００２１】前記励振体２は積層型圧電体で形成されて
おり、その形状寸法は、この励振体２のＹ方向最低次伸
縮振動の共振周波数が、前記アパーチャ電極１上に励振
される振動の周波数より十分高くなるように調整してあ
る。

【００２２】このアパーチャ電極１は、振動体２１側が
前記ブラシローラ１０３側となるように配置されてい
る。そして、基準電極層１０７はアースに接続され、多
数の制御電極層１０８はそれぞれ図示しない多数の信号
ソースに接続されている。

【００２３】ここで、本発明の第１の実施例として、図
２乃至図４を参照して、積層型圧電体により形成された
励振体２に印加する信号の周波数を掃引する範囲及びそ
の掃引方法について説明する。この励振体２は、駆動回
路３に電気的に接続されている。この駆動回路３は、図
２に示すように、交流電気信号を発生する電圧制御発振
器３１と、この電圧制御発振器３１から出力される電気
信号の周波数を変調制御する変調制御信号発振器３２
と、前記電圧制御発振器３１から出力された電気信号を
増幅する増幅器３３とから構成されている。この電圧制
御発振器３１は、変調制御信号発振器３２から印加され
る制御信号の電圧に応じて、出力される交流信号の周波
数が変調制御される発振器である。それ故、前記変調制
御信号発振器３２から電圧制御発振器３１に印加する制
御信号を、図３に示すような正弦波状信号にした場合、
駆動回路３から励振体２に印加される駆動信号は、図４
に示すように時刻とともに周波数がｆ１［Ｈｚ］とｆ２
［Ｈｚ］の範囲で連続的に変化する、いわゆる周波数変
調された信号になる。ここで、ｆ１［Ｈｚ］，ｆ２［Ｈ
ｚ］は、次式で決定される周波数である。

【００２４】ｆ１＜ｆｍ ｆ２＞ｆｎ ここで、励振体２は、駆動回路３から印加される電気信
号に追従して伸縮するように、且つ、Ｙ方向最低次伸縮
振動の共振周波数が前記アパーチャ電極１上に励振され
る振動の周波数より十分高くなるように、その形状寸法
を調整してあるので、励振体２に図４に示すように周波
数がｆ１［Ｈｚ］とｆ２［Ｈｚ］の範囲を掃引する信号
を印加すると、振動体２１に励振される入射波と反射波
との周波数差及び位相差が常に変化するので、アパーチ
ャ電極１上に形成される定在波の節の位置が常に移動す
る。

【００２５】次に、本発明の第２の実施例として、図５
乃至図７を参照して、積層型圧電体により形成された励
振体２に印加する信号の周波数及びこの周波数を切り替
える方法について説明する。この励振体２は、駆動回路
３０に電気的に接続されている。この駆動回路３０は、
図５に示すように、周波数ｆ３［Ｈｚ］の交流電気信号
を発生する発振器３１１と周波数ｆ４［Ｈｚ］の交流電
気信号を発生する発振器３１２と、タイミング制御回路
３２１の制御信号に応じてこれらの発振器３１１及び３
１２から出力された信号を切り替えて前記励振体２に印
加するスイッチ回路３３１とから構成されている。この
スイッチ回路３３１は、前記タイミング制御回路３２１
から印加される制御信号として図６に示すような矩形波
信号を用いた場合、駆動回路３０から励振体２に印加さ
れる駆動信号は、図７に示すように周波数がｆ３［Ｈ
ｚ］とｆ４［Ｈｚ］で切り替えられる信号となるように
構成された回路である。ここで、ｆ３［Ｈｚ］，ｆ４
［Ｈｚ］は、次式で表わされるように決定される周波数
である。

【００２６】ｆ３＝ｆｍ ｆ４＝ｆｎ ここで、励振体２は、駆動回路３０から印加される電気
信号に追従して伸縮するように、且つ、Ｙ方向最低次伸
縮振動の共振周波数が、前記アパーチャ電極１上に励振
される振動の周波数より十分高くなるように、その形状
寸法を調整してあるので、励振体２に図７に示すように
ｆ３［Ｈｚ］とｆ４［Ｈｚ］で切り替えられた信号を印
加すると、振動体２１に励振される入射波と反射波との
周波数差及び位相差が常に変化するので、前記第１の実
施例の時と同様に、アパーチャ電極１上に形成される定
在波の節の位置が常に移動する。

【００２７】次に、図８を参照して、上記トナージェッ
ト記録装置１００の動作について説明する。

【００２８】図示しない外部機器から周知の画像形成信
号及び画像データが入力されると、挿入口１１７から挿
入された用紙Ｐは送りローラ１１６により記録部１０１
へ搬送される。記録部１０１においては、供給ブレード
１１１によりトナーＴが供給ローラ１０４に押しつけら
れ、供給ローラ１０４の表面に担持せしめられる。供給
ローラ１０４の回転により、トナーＴがブラシローラ１
０３に供給される。このとき、トナーＴは供給ローラ１
０４及びブラシローラ１０３と接触しつつ、ブラシとの
摩擦により、例えばプラス（＋）に帯電する。プラス
（＋）に帯電したトナーＴは、ブラシローラ１０３に担
持される。

【００２９】アパーチャ電極１付近においては、ブラシ
ローラ１０３の回転に伴って、掻き部材１１０がブラシ
ローラ１０３のブラシを掻く。すると、弾性によってブ
ラシが元に戻るときに、ブラシに適量に担持されたトナ
ーＴが跳ね上がり、クラウド状となってアパーチャ電極
１に供給される。このとき、入力された画像信号に応じ
て信号ソースＳからアパーチャ電極１の各制御電極層１
０８に印加される電圧が制御され、トナーＴの流れが変
調される。

【００３０】その際、励振体２に、図４に示すような周
波数変調された信号あるいは、図７に示すような周波数
が切り替えられた信号を印加すれば、上述したように、
アパーチャ電極１上に形成される定在波の節の位置が常
に移動する。それゆえ、帯電されたトナーＴが、鏡像力
等によりアパーチャ列１２を構成するアパーチャ１１近
傍の同じ位置に付着しようとしても、アパーチャ列１２
の位置には、前記励振体２により励振された振動による
大きな振動加速度が発生しているので、トナーＴが付着
せず、アパーチャ１１の目詰まりを起こすことがない。
その結果、アパーチャ電極１に供給されたトナーＴは、
常に安定に信号ソースより各制御電極層１０８に印加さ
れる電圧により変調され、用紙Ｐ上に付着する。

【００３１】すなわち、変調されプラス（＋）帯電した
トナーＴは、対向電極に接続されたマイナス（−）電源
Ｅ２に誘引され、対向電極の方向へ飛翔する。そして、
このトナーＴは、ガイド１１５と送りローラ１１６とに
導かれてきた用紙Ｐに吸引される。

【００３２】その後、トナーＴが付着した用紙Ｐは熱定
着部１０２へと搬送される。そして用紙Ｐ上に付着した
トナーＴにより形成された画像は、ヒートローラ１１３
とプレスローラ１１４とによってトナーＴが圧接される
ことにより定着する。この定着方法は一般的な方法であ
るため、詳細な説明は省略する。そして、定着の完了し
た用紙Ｐはガイド１１５を経由して取り出し口１１８へ
と搬送され、排出される。

【００３３】次に、図２乃至図４に基づいて、上述のよ
うに構成されたアパーチャ電極１の、第１の実施例によ
る目詰まり防止の作用を説明する。変調制御信号発振器
３２から図３に示す正弦波信号が電圧制御発振器３１に
印加されると、上述したようにこの電圧制御発振器３１
からは、図４に示すように周波数が変調された交流電気
信号が出力される。この周波数変調された電気信号が励
振体２に印加されると、励振体２からは、アパーチャ電
極１上に対して振動周波数が図４のように変調された振
動が励振される。それ故、励振体２から入射される入射
波と、反射体２０で反射される反射波により形成される
定在波の節の位置が常に移動するので、このアパーチャ
電極１上の同じ位置にトナーＴが堆積することを防止で
きる。

【００３４】また、図５乃至図７に基づいて、上述のよ
うに構成されたアパーチャ電極１の、第２の実施例によ
る目詰まり防止の作用を説明する。タイミング制御回路
３２１から図６に示すパルス信号がスイッチ回路３３１
に印加されると、駆動回路３０から励振体２に印加され
る駆動信号は上述したように、図７に示すように周波数
がｆ３［Ｈｚ］とｆ４［Ｈｚ］で切り替えられる交流信
号が出力される。この様に周波数が切り替えれた電気信
号が励振体２に印加されると、励振体２からは、アパー
チャ電極１に対して図７に示すような振動が励振され
る。それ故、励振体２から入射される入射波と、反射体
２０で反射される反射波により形成される定在波の節の
位置が常に移動するので、このアパーチャ電極１上の同
じ位置にトナーＴが堆積することを防止できる。

【００３５】上述のように構成されたアパーチャ電極１
においては、第１の実施例で詳述した励振信号により励
振した場合、あるいは第２の実施例で詳述した励振信号
により励振した場合、どちらの場合においても、定在波
の節の位置が常に移動し、すべてのアパーチャ列１２近
傍で十分な振動振幅を得ることが出来るので、アパーチ
ャ電極１上のどの位置に設けられたアパーチャ１１でも
十分な振動振幅を得ることが可能となり、その結果、全
てのアパーチャ１１の位置で、最大の振動加速度を得る
ことができる。このためトナーＴがアパーチャ電極１の
アパーチャ１１近傍に付着することがなくなり、その結
果アパーチャ１１の目詰まりを防止することが可能とな
る。この目詰まり防止の効果は振動の加速度が大きいほ
ど高い。従って効果的に目詰まりを防止するには、アパ
ーチャ電極１上に励振される振動の振幅及び周波数を上
げればよい。一般的に高い周波数を励振しようとする
と、その振幅は小さくなる。このためアパーチャ電極１
の材質などに応じて励振周波数を適宜決定する必要があ
る。

【００３６】なお、本発明の第１の実施例においては、
励振体の振動周波数変調手段として、電圧制御発振器３
１を例示したが、この方法に限定されるものではなく、
他の方法であっても、励振体２の振動周波数を変調でき
るものであれば如何なる方法であっても何等本方式の効
果を損なうものではない。

【００３７】さらに、第２の実施例においては、励振体
２の振動周波数切り替え手段として、タイミング制御信
号によって制御されるスイッチ回路３２１を例示した
が、この方法に限定されるものではなく、他の方法であ
っても、励振体２の振動周波数の切り替えができるもの
であれば如何なる方法であっても本方式の同様の効果を
あげることが可能である。

【００３８】また、励振体２として、積層型圧電体から
なる共振体を例にあげたが、アパーチャ電極１に振動を
励振できる方法であれば、例えば、磁気的な力を利用す
る方法など他の方法であっても、本発明と同様の効果を
上げることが可能である。

【００３９】さらに、本発明の第１及び第２の実施例に
おいて、振動体２１に励振される振動が、振動体２１の
２種類の共振モードを含む場合について詳述したが、３
種類あるいはそれ以上の共振モードを含むように周波数
を設定してもよい。

【００４０】その他本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種
々の変形が可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の画像形成装置によれば、アパーチャ電極上に励振
される定在波の節の位置が時時刻刻と移動するので、こ
のアパーチャ電極上の全てのアパーチャ位置近傍におい
て十分な振動振幅を得ることが容易になり、帯電トナー
がアパーチャ電極上の同じ位置に堆積することを未然に
防ぐことが、容易且つ効果的に可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、アパーチャ電極の概略構成を示す斜視
図である。

【図２】図２は、第１の実施例において、アパーチャ電
極の励振信号の発生手段の電気的な接続方法を示すブロ
ック図である。

【図３】図３は、第１の実施例において、変調制御信号
発振器から電圧制御発振器に入力される制御信号の説明
図である。

【図４】図４は、第１の実施例において、駆動回路から
励振体に印加される周波数変調された電気信号の説明図
である。

【図５】図５は、第２の実施例において、アパーチャ電
極の励振信号の発生手段の電気的な接続方法を示すブロ
ック図である。

【図６】図６は、第２の実施例において、タイミング制
御回路からスイッチ回路に入力される制御信号の説明図
である。

【図７】図７は、第２の実施例において、駆動回路から
励振体に印加される信号の説明図である。

【図８】図８は、本実施例のアパーチャ電極を用いた画
像形成装置の構成説明図である。

【符号の説明】

１ アパーチャ電極 ２ 励振体 ２１ 振動体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナーを変調制御するアパーチ
   ャ電極と、そのアパーチャ電極に着設され、アパーチャ
   電極を振動させるための振動体と、その振動体を励振す
   る励振体とを備えた画像形成装置において、 前記振動体に励振される振動が、この振動体の少なくと
   も２種類の共振モードを含むことを特徴とする画像形成
   装置。
2. 【請求項２】 前記振動体を励振する励振周波数を、前
   記振動体の少なくとも２種類の共振モードの共振周波数
   を含む範囲で掃引することを特徴とする請求項１に記載
   の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記振動体を励振する励振周波数を、前
   記振動体の少なくとも２種類の共振モードの共振周波数
   で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の画像形
   成装置。