JPH0545031B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は画像記録装置、特に画像電気信号に対
応して、直接一成分導電性磁性顕像剤により画像
を形成する画像記録装置に関する。

〔発明の背景〕

従来、電気信号に応じて粉体顕画剤（以下、ト
ナーともいう）を直接記録媒体上に付着させて像
形成させる画像形成法に粉体コントラグラフイと
して知られるものがある。この方法は、記録媒体
の片面上に導電性非磁性粉体顕画剤を供給し、記
録媒体の反対側の面に多針電極を接触させ、多針
電極に画像に応じた電圧を印加することにより粉
体顕画剤を記録媒体へ付着させて像形成を行なう
ものである。しかし、記録媒体の厚さ及び導電率
により解像力の低下が目立ち充分満足できる画質
が得られていない。

上記欠点を回避する目的で、記録媒体上へ導電
性非磁性粉体顕画剤を供給し、記録媒体の粉体顕
画剤供給側と同じ側に粉体顕画剤と接触する様に
多針電極を設け、多針電極から画像信号に応じて
粉体顕画剤に電荷注入を行なつて記録媒体に付着
する力を与え、その後、電荷の注入されなかつた
粉体顕画剤を記録媒体から外力により取り除いて
画像形成を行なう方法（特開昭53−6043）や更に
は、電荷が注入され帯電した粉体顕画剤を転写す
ることにより画像形成を行なう方法（特開昭55−
84955）が提案されている。

しかしながらこれらの方法は多針電極を単に粉
体顕画剤に接触させることのみにより両者間に電
気的導通を与えている為に、粉体顕画剤への電荷
の注入効率は悪く、高速記録には不向きであり、
また濃度の高い画像を得ようとすると記録電圧は
100V以上必要となり、トランジスタや集積回路
等には高耐圧の高価なものを使用しなければなら
ない欠点があつた。また、粉体顕画剤に多針電極
を接触させる形で配している為、粉体顕画剤の供
給量が増加したときには記録電極と記録媒体間に
顕体顕画剤が堆積してしまう欠点があり、逆に供
給量が減つたときには記録電極と粉体顕画剤が接
触せず、電荷の注入がなくなり画像が記録されな
くなるので、粉体顕画剤の供給量をよほどうまく
制御しないと安定した画像を得ることが難かしい
欠点があつた。以上の様に、これらの方法は、粉
体顕画剤と記録電極を直接接触させることにより
記録電圧をある程度下げることは出来るが低電圧
で長期に亘つて安定した画像を得ることは難かし
かつた。

さらに別な従来例として、米国特許第3816840
に開示された画像形成方法もある。これは粉体顕
画剤として一成分導電性トナーを用いるもので、
磁性体よりなる多針電極を記録媒体に対向させ、
該磁性多針電極を同じ側に磁界発生源を設け、ま
た多針電極と記録媒体との間にトナーを供給する
手段を設け、多針電極に画像信号に応じて電圧を
印加することにより選択的にトナーに電荷を注入
して記録媒体に附着する力を与え、電荷の注入さ
れなかつたトナーを多針電極と同じ側にある上記
磁界発生手段からの磁力により取り除くことによ
り、記録媒体上にトナー画像の形成を行なうもの
である。この画像記録法では多針電極上にてトナ
ーは磁界発生手段の磁力により穂立ちを形成し、
電極に引きつけられた形となるので、トナーと多
針電極との電気的導通性は良好であり、電荷の注
入も効率良く行なわれる為、高速でかつ10〜30V
程度の低電圧駆動も可能である。また、穂立ちで
導通を生じさせる為、多針電極も前述した記録方
法と異りトナー層と完全に接触させる位置まで接
近させる必要はなく、この為、トナーの供給量が
ある程度変動しても安定した画像が得られる。こ
の記録方法を用いた装置としては、更に米国特許
第3914771および特開昭55−127578号にその詳述
されたものがある。

米国特許第3914771の装置においては、トナー
供給用の搬送部材としての非磁性円筒の内側に回
転可能な磁石を設け、該非磁性円筒上に多針電極
を配置した構成になつており、該磁石の回転によ
りトナーが磁石の回転方向とは逆方向にトナー搬
送部材である上記非磁性円筒上を多針電極上まで
搬送され、前述した記録方法により記録が行なわ
れる。記録に与らなかつたトナーは非磁性円筒上
を上記トナー搬送方向と同一方向に進み、該円筒
を一周し、再び記録用として使用される。この様
な記録装置においては、回転磁石による回転磁界
を用いている為、高速で記録を行なうと画像に磁
界の変化によるピツチむらが現われる。これを防
ぐには磁石の高速回転が必要となるがこれは騒音
の原因となり、また、磁石の回転速度にも限界が
ある為、この装置は本質的に高速記録には向かな
い欠点があつた。また、長期に亘つて、画像記録
を行なうと、非磁性円筒上の多針電極近傍にトナ
ーが堆積してしまい、それが記録画像を乱すの
で、長期間安定して画像を得ることも難しいとい
う欠点があつた。さらに、この装置は、非磁性円
筒上に多針電極を配置する為、記録密度を高くし
ようとして多針電極の数を増加させた場合配線が
非常に複雑になるという欠点もあつた。

以上述べた様な回転磁界によるトナー搬送系を
用いる上記方式の欠点を回避する目的で提案され
たのが特開昭55−127578号である。これは記録媒
に一様に塗布されたトナーが記録媒体の移動に伴
つて多針電極に搬送され、多針電極位置で前述し
た記録方法により画像形成を行なうものである。
この装置の磁界発生手段は、一般に多針電極を挾
んで互いに同極が向き合う様に配置された対向す
る磁石からなる。この装置の場合、前述した様
な、ピツチむらや配線の複雑さは解消されるが、
記録媒体の多針電極と同じ側に上記磁石を設けて
いるから、長期に亘つて記録を行なうと多針電極
先端近傍や上記磁石近傍に記録に与らなかつたト
ナーが堆積して画像を乱すという欠点は大分緩和
されたものの依然として残つている。また、多針
電極近傍に配置してある上記磁石上に堆積したト
ナーを除去する系を設けなければならないという
面倒があり、さらに記録媒体に予め塗布されたト
ナーに多針電極部で電荷を注入するかしないかで
記録媒体上に選択的にトナーを附着させると同時
に、電荷注入のなかつたトナーを上記磁石で記録
媒体から取除いて画像を出す記録方法であるの
で、多針電極部で電荷の注入されなかつたトナー
（非画像部トナー）を記録媒体から完全に取り除
くには、多針電極近傍に配置した上記磁石を磁力
の強いものにするか、あるいは、磁石を記録媒体
に接近させるかしなければならない。磁力を強く
することは例えば希土類コバルト磁石等を用いれ
ば可能であるが、これは非常に高価なものになる
欠点があり、また磁石を記録媒体に接近させるこ
とは、磁石近傍に堆積したトナーを除去する系の
設置スペースが狭くなり、トナー除去量が減るの
で、高速で記録した場合トナーが記録媒体と磁石
間とに直ぐ溜つてしまい、安定した画像を得られ
ない欠点があつた。この為、この記録方式の場
合、長期に亘つて安定した画像を得ようとする
と、多針電極部で電荷の注入されなかつた非画像
部トナーを完全には取り除かずに、多針電極部通
過後、補助的に非画像部トナーを除去する装置を
別に設けなければならず、装置として大型、複雑
化する欠点があつた。

以上説明した様に、従来、電気信号に応じて直
接記録媒体上でトナー像の形成をする画像形成法
が多数提案されているが、低電圧で長期に亘つて
安定した画像を得られる様な構成のものはなかつ
た。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、電気信号に応じ直接記録媒体
上でトナー像を形成する画像記録装置において、
停電圧入力で長期間安定した画像を得ることので
きる改善を行うことにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば、磁性の多針電極に磁性導電性
トナーの層の塗布された記録媒体を近接移動さ
せ、上記多針電極に対向して上記記録媒体の反対
側に磁界発生手段を設け、この磁界発生手段は上
記多針電極と記録媒体との間にその両者に跨るト
ナーの穂立ちを生ぜしめると共に多針電極通過後
のトナー層を乱さない程度の磁界を生ぜしめ、多
針電極通過時に電荷の注入されなかつたトナー
（非画像部トナー）を該通過後に記媒灰体面から
外力で取除くようにしたものである。

第１図は本発明の記録装置の原理的構成説明図
であり、Ｔは導電性磁性体であるトナーである。
１は矢印Ａ方向に動く記録媒体で、導電層１ｂと
その表面を覆う誘電体層１ａから構成される。２
は多針電極で、その各電極針は導電性の高い磁性
体からなる。３は記録媒体１の反対側で多針電極
と対向する磁界発生手段であり、多針電極２と記
録媒体１の間にトナーＴの穂立ちを形成する程度
の磁力があればよい。５はトナーＴを記録媒体上
に薄層に塗布する手段である。７は多針電極２通
過時に電圧の印加されなかつたトナー（非画像部
トナー）を非接触な力を用いて取り去る手段であ
る。

第１図において記録媒体１がＡ方向に移動して
いくとき、記録媒体１がトナーＴを薄層に塗布す
る手段５を通過することにより、記録媒体１の表
面に一様なトナーの層が形成される。薄層に塗布
されたトナーＴは多針電極位置１０まで到達する
と、磁界発生手段３の磁界により磁性の多針電極
２と記録媒体１との間でトナーの穂立ちを形成す
る。この状態で電極２とトナーＴの間には良好な
電気的導通が生じる為、このとき数10V程度の電
圧を画像信号に対応して選択された電極２に印加
すれば、その部位のトナーＴには記録画像を形成
するのに必要なだけの電荷が注入される。その
後、電荷の注入されなかつたトナー（非画像部ト
ナー）は非画像部トナー除去手段７により記録媒
体面から除去される。

次に記録画像形成動作について、多針電極部近
傍を示した部分図である第２図により、詳細に述
べる。

第２図ａは前述した特開昭53−6043及び特開昭
55−84955で開示されている記録方式の多針電極
部の拡大図であり、第１図中と同一符号は対応す
る機能を果す部分を示す。２′は多針電極で、通
常銅等の導電性の非磁性金属で作成されている。
またT′は粉体顕画剤である。前述した様に第２
図ａの方式では記録電極針２′と粉体顕画剤T′は
単に接触させてあるだけであるから、電気的導電
性は悪く、粉体顕画剤に電荷を注入するのには高
い電圧が必要となる。また前述した様に粉体顕画
剤の搬送量の変動により、余剰顕画剤が電極先端
近傍９に堆積し画像を乱すこともある。さらに、
多針電極部に於いて電荷の注入されない粉体顕画
剤に対しては何の力も働かないので、第２図ａに
示してある様に、電荷が注入された粉体顕画剤
（画像部トナー）と電荷の注入されない非画像部
トナーの附着状態の差は少ない。この為、多針電
極部通過後に非画像部粉体顕画剤を取り去る時に
は粉体顕画剤に電荷が完全に残つていないと濃度
のある画像が得られない。そのためには粉体顕画
剤として高抵抗のものを使用しなければならず、
それが記録電圧を高くする原因にもなつている。

第２図ｂは前述の米国特許第3816840や特開昭
55−127578号公報等で開示されている記録方式の
画像記録部の拡大図であり、導電性磁性多針電極
を磁石３′が挾んでいる。前述した様に磁性トナ
ーＴは画像多針電極部に於てトナーの穂立ちを形
成する。この為、多針電極２とトナーとの間の電
気伝導性は良く、低電圧で記録が行なえる。しか
し、この記録方式の場合、画像部トナーの付着と
同時に記録媒体の同じ側にある上記磁石の磁力に
より非画像部トナーの除去を行なつている為、電
極近傍１１や磁石３′近傍１２にトナーが堆積し
て来る問題があつて長期に亘つて安定した画像を
得るのは難かしく、さらに、トナー付着と同時に
非画像部トナーの除去を行なうことで装置が簡単
な構成になる様に見えるけれども実際には高速で
むらのない記録を行なおうとすると、多針電極２
先端にトナーの穂立ちを形成させる磁界を与える
ための且つ記録画像を得るべく電荷の注入されな
かつた非画像部トナーを取り除くため磁石３′は
静止している必要があり、その為、磁石３′近傍
に堆積しているトナー１２を搬送除去するための
磁力式以外のスクリユー等の手段が必要となる。
またこの様に磁石３′が静止している記録装置の
場合は、〔発明の背景〕で記述した様にトナーを
記録媒体に一様に塗布する装置も必要であると共
に、安定した画像を得るためには別に補助的に非
画像部トナーを除去する装置も必要となる。その
為、装置の構成としては、第２図ａのようにトナ
ーに記録電極を接触させて記録媒体にトナーを付
着せた非画像部トナーを除去する装置よりも複雑
になつてしまう問題があつた。

他方、第２図ｃは本発明記録装置（第１図）の
記録部の拡大図である。本発明では前述した様に
磁性多針電極２と対向した位置に於て記録媒体の
反対側に磁界発生源３を配している為に、磁性多
針電極２先端にトナーの穂立ちを形成させるのに
充分な磁界を与えることが出来るから、トナーの
穂立ちを形成させる前述した記録法と同じ長所は
持つている。また、磁性多針電極部で穂立ちの形
成さている状態で画像信号に応じて多針電極２に
電圧を印加してトナーに電荷を注入するから、磁
性多針電極２通過後のトナーの記録媒体への附着
状態は、電荷を注入された画像部トナーと、注入
されなかつた非画像部トナーとでは大きく異なつ
ている。その差異は第２図ｃに示している様に電
荷を注入した部分ではトナーは記録媒体にしつか
りと静電気力で附着した状態であるのに対し、電
荷を注入していない部分ではトナーは記録媒体と
磁性電極間で穂立ちを形成したままの状態で記録
媒体上を搬送されていき、静電気力が殆どなしに
記録媒体に軽く附着しているだけの状態にある。
その為、例えば画像部トナーの電荷が誘電体１ａ
を通して多少中和されても、画像部トナーには静
電気力、誘電体への付着力、トナーの凝集力が働
くので、磁力等の外力を用いて非画像部トナーを
除去するようにしても、画像部の濃度は若干劣る
程度で記録画像を得ることができる。それ故、本
発明に使用するトナーは、磁性多針電極２を通過
した後で非画像部トナーを除去する時まで電荷を
完全に保持していなくても、充分に濃度のある画
像を与えることができるから、第２図ａで前述し
た如き単に多針電極をトナーに接触させて記録を
行なう方式で使用しているトナーの様な高抵抗の
ものを使用しなくてもよい。この様に本発明では
低抵抗のトナーを使用出来ることも、数10Vで画
像記録が出来る原因の一つである。また多針電極
部ではトナーに画像信号に応じて電荷を注入し、
附着状態を変えているだけであるので、第２図ｂ
で前述した如き記録装置の欠点であつた電極先端
近傍１１や磁石３′にトナーが堆積して長期に亘
つて安定した画像が得られなくなる様な問題はな
い。

以上の様にして、第１図に示す如く、多針電極
通過後にトナー除去装置７による外力を用いて非
画像部トナーを取り除くことにより、記録媒体上
にトナーの画像模様が得られる。

以上説明した様に本発明の記録装置によれば、
低電圧の印加で画質の高い画像を長期に亘つて安
定して得ることが可能になる。

（発明の実施例〕 第３図は本発明の一実施例による画像記録装置
の側断面図であり、基本的には第１図と同様な構
成であつて、第１図中と同一の符号は同じ機能を
果す部分を示す。記録媒体１としては、直径100
mmの中空のアルミニウム製シリンダーを導電層１
ｂとし、さらにこのアルミシリンダー表面に、誘
電体層１ａとして光硬化樹脂にテフロン、酸化チ
タン等を分散したものを紫外線により硬化させて
2μｍ厚に一様にコーテイングしたものを用いる。
トナーＴとしては10¹⁰Ω−cm以下の導電性で且つ
磁性のトナーが使用可能であるが、本実施例では
3M社より販売されているイメージングパウダー
355トナーにカーボンを外添して10⁵Ω−cmになる
様に調整した。多針記録電極２には鉄や鉄−コバ
ルト合金、鉄−ニツケル合金など導電性の高い強
磁性体が用い得るが、ここでは直径25μｍの純鉄
の線を使用し、これを210mm巾に亘つて3360本平
行に並べ、これら記録電極群２をセメダイン株式
会社より販売している接着剤ハイスーパ（商品
名）よりなる絶縁部材にて互に固着し、記録媒体
１に対してほぼ直角に対向させ、その間の間〓は
75±25μｍに保つ様にした。記録電極２と対向し
て、アルミニウムシリンダー１ｂの内側に磁石３
が定置してある。磁石３からの磁力の強さは、記
録媒体１と記録電極２間でトナーの穂立ちを形成
し、かつ、多針電極通過後の記録媒体上のトナー
を乱さない程度の強さである必要がある。本実施
例ではフエライト磁石を用い、記録媒体表面の電
極近傍の磁束密度が数百ガウス程度としたときに
良好な結果が得られた。

第３図において記録媒体１は矢示Ａ方向に回転
している。記録媒体１の表面に磁性トナーを薄層
に塗布する手段（第１図中の５に相当する）は、
ブレードを用いた手段以外に、電気・磁気力を用
いた手段を用いてよく、ブレードを用いた場合で
もブレードに電圧を印加してトナ層の一様性を高
めたり、またはプレードを磁性体にして対向的に
磁石を置いた系としてもよいが、本実施例ではト
ナー塗布用のローラー１５を設けている。このロ
ーラー１５の浸つているトナー収容容器１８内の
磁性トナーは、トナー塗布ローラー１５が矢示Ｂ
方向に回転すると、その内部に配置された磁石１
６の作用によりトナー塗布ローラー１５に引き付
けられてその面上を搬送され、トクターブレード
１７によつて塗布ローラー１５上に均一なトナー
Ｔの層が形成される。このトナーＴは記録媒体１
に接触した時、バイアス電源６よりの直流電圧の
印加により電荷を得て記録媒体１上に静電力によ
り附着塗布される。本例ではこの印加電圧を20〜
40Vとしたとき一様なトナーの薄層が塗布され
た。この薄層に塗布されたトナーは記録媒体１の
回転に伴い多針電極位置１０に来ると磁石３と磁
性多針電極２の間の磁界により、磁性多針電極２
先端に穂立ちを形成し、該電極と電気的導通を得
る。この時、磁性多針電極２に画像模様に応じて
電圧を印加することにより、前述した原理によ
り、記録媒体上のトナーには静電付着力の大きい
部分と殆んどない部分ができる。多針電極位置１
０に到達した時に穂立ちを形成し易い様に、前記
のトナー塗布時に注入された電荷は該位置１０に
到達する頃には誘電体層１ａを通して完全に中和
されている方が望ましく、その為にはトナー塗布
位置と多針電極位置とはなるべく離れている事が
望ましい。多針電極位置１０を通過したトナー
は、該電極で得た電荷が中和されないうちに、非
画像部トナー除去手段７で非画像部トナーが除去
され、ここにおいて画像模様を顕示したトナー像
が得られる。

本実施例では非画像部トナー除去手段７として
ローラー１９を使用する。ローラ１９は内側に回
転可能な磁石２０を配している。これは本実施例
では８極の磁石であり、その磁力はローラー１９
表面で最大650G程度の磁束密度を与えている。
ローラー１９を記録媒体表面から１〜３mm程度の
位置に設け、内側の磁石２０を500rpm〜
2000rpm程度の回転数で回転させたところ、多針
電極位置１０で電荷が注入されなかつたトナー
（非画像部トナー）が完全に取り除かれ、かぶり
のない、鮮明な画像が得られた。ローラー１９の
磁石２０の磁力により取り除かれたトナーは、磁
石２０の回転によりＤ方向にローラー１９上を搬
送され、トナー収容容器２１に入る。収容容器２
１内のトナーは不図示の手段によりトナー収容容
器１８まで搬送され再使用される。多針電極位置
１０で電荷が注入されたトナー（画像部トナー）
はローラー１９の位置まで完全に電荷を保持する
必要はないが、なるべく電荷の保持量が多い方が
高画像濃度の画像模様が非画像部トナー除去後に
得られる。その為には電極位置１０からローラー
１９までの距離はなるべく短い方が望ましい。電
極位置１０とローラー１９とが近すぎると回転磁
石２０の磁界が電極位置１０での作用に悪影響を
与える可能性がある。それを防ぐ為に磁気シール
ドとして磁性板２２を配しても良い。

このようにして、ローラー１９の位置を通過し
た記録媒体１の表面上には画像模様に従つて可視
化されたトナー像が生じる。尚、記録媒体１上に
可視化された該トナー像は、図示されないが、通
常コロナ放電圧力転写によつて紙に転写される。

なお、上記において非画像部トナー除去手段
（第１図中の７に相当）としては、上述したもの
の代りに、空気の吹付又は吸引を利用した手段を
使用することも可能である。

第４図は記録媒体１としてローラーでなくシー
ムレスベルトを用いた実施例である。このシーム
レスベルトは、本実施例では、導電層１ｂとして
50〜100μｍ厚の非磁性ニツケルベルトを用いて
いるが、他に、マイラシートの表面にアルミ等の
導電層を設けたものを用いることも可能である。
誘電体層１ａは前記実施例と同様のものを使用し
た。またトナー塗布手段としては、第３図に示し
た装置５と同じものでもよいが、第４図の実施例
においてはトナー収容容器１８′内のトナーが記
録媒体と直接接する様にして、ブレード１７′を
用いて直接記録媒体に薄層に塗布出来る様にした
ものを用いた。層厚を一定にする為にブレート１
７′は磁性のものとし、ブレード１７′に対向し
て、ベルト懸架用回転ローラ２３の内に静止磁石
２２を配した。また、ブレード１７′に直流電圧
を印加する手段を設けてある。

多針電極２に対して記録媒体１の反対側にある
対向の磁石３は、ベルト懸架用の回転するローラ
２４の内側に静止配置されている。画像の記録形
成は前述した実施例と同様に行なわれる。本実施
例の様に、記録媒体としてシームレスベルトを用
いることにより、装置の構成の自由度も増え、小
型化が可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明では、トナーを一様に
記録媒体上に塗布した後に、画像記録位置で磁性
多針電極と、それに対向する記録媒体反対側の磁
石間の磁界の作用で磁性電極と記録媒体間にトナ
ーの穂立ちを形成することにより、トナーと電極
間に電気的導通を与え、記録信号に応じて磁性電
極針からトナーに電圧を印加してその部位のトナ
ーに電荷を注入し、その電荷がある程度残つてい
る間に、外力により非画像部トナーを取り去ると
いう方式を用いる事により、従来より低電圧で高
解像の画像が長期に亘つて安定して得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、第２図ａ，ｂは
従来の記録装置の、同ｃは本発明の作動説明図、
第３図と第４図は本発明の異る実施例を図示した
図である。 １は記録媒体、２は記録電極、３は磁界発生手
段、４は画像信号発生源、５はトナー塗布手段、
７は非画像部トナー除去手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 導電性磁性粒子を記録媒体上に一様に薄層状
   に塗布する手段と、該記録媒体上の導電性磁性粒
   子の薄層に対向して配置された各々が独立し電気
   的に絶縁された磁性多針電極と、該記録媒体を介
   して該磁性多針電極と対向した位置に配置された
   磁界発生手段と、記録媒体と多針電極とを相対的
   に移動させる手段と、該磁性多針電極に画像電気
   信号に応じて選択的に電圧を印加することにより
   記録媒体上の選択された導電性磁性粒子に電荷を
   注入する手段と、該磁性多針電極通過後、電荷の
   注入されなかつた導電性磁性粒子を記録媒体上か
   ら取り除く手段と、を備え、上記磁界発生手段は
   上記磁性多針電極と記録媒体とに跨る導電性磁性
   粒子の穂立を生ぜしめることを特徴とする画像記
   録装置。