JPH06328767A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で、必要な画像濃度、コントラス
トおよび印字速度を得ることが可能な、トナー供給効率
が高いトナー供給手段を備えた画像形成装置を提供する
こと。 【構成】 本画像形成装置は、表面が樹脂層１５で被覆
され、アパチャ電極体１に対してトナー１６を供給する
トナー担持ローラ１３と、前記樹脂層１５のトナー担持
面を除電する除電器３５と、除電された後のトナー担持
面上に担持されるトナー１６を帯電させる帯電器３９と
を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複写機、プリンタ、プ
ロッタ、ファクシミリなどに利用し得る画像形成装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置の１つとして、複数
の開口部（以下、アパチャと称する）が形成された電極
を用いて、その電極に対して画像データに基いて電圧を
印加し、トナー粒子が前記アパチャを通過し得るよう制
御して、通過したトナー粒子により支持体上に画像を形
成するものが、米国特許第３６８９９３５号の明細書に
おいて開示されている。

【０００３】この画像形成装置は、絶縁体よりなる平板
と、この平板の一方の面に形成される連続した基準電極
と、他方の面に形成される互いに絶縁された複数の制御
電極とからなり、前記各制御電極毎に前記３者を貫いて
少なくも１列のアパチャが形成されたアパチャ電極体
と、前記基準電極と制御電極との間に選択的に電位を与
える手段と、印加された電位によってアパチャを通過す
るトナー粒子の流れが変調されるよう帯電したトナー粒
子を供給するトナー供給手段と、支持体とアパチャ電極
体が相対的に移動し得るよう支持体を粒子流路中に位置
決めする手段とから構成されている。

【０００４】また、例えば米国特許第４７４３９２６
号、同４７５５８３７号、同４７８０７３３号、および
同４８１４７９６号の明細書には、アパチャ電極体が支
持体側に制御電極、トナー供給側に基準電極を向けて配
設された画像形成装置が開示されている。

【０００５】これに対して、米国特許第４９１２４８９
号の明細書には、アパチャ電極体を支持体側に基準電
極、トナー供給側に制御電極を向けて配設することによ
り、オフ時に制御電極に対して印加される電圧を、上記
米国特許に開示される画像形成装置に比べて１／４程度
に抑えることができることが記載されている。

【０００６】ここにおいて、前記オフ時とは、支持体上
にトナー粒子を付着させない時、すなわち画像の空白部
分を形成する時点を意味するものであり、逆にオン時と
言えば、支持体上にトナー像を形成する時点を意味する
ものである。

【０００７】また、上述したような従来の画像形成装置
において、トナー供給手段としては、表面が平滑、或い
は適当な粗さをもった平面状、またはブラシ状で、前記
開口部付近まで搬送される途中の帯電したトナーを一時
的に担持するトナー担持体を備え、適当なトナー帯電手
段によって帯電されたトナーをこのトナー担持体上に担
持し、このトナーを機械的、または電磁気的な力によっ
て開口部近傍まで供給するような構成のものが一般的に
用いられていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の画像形成装置に於いては、トナー供給手
段として用いられるトナー担持体の表面と、帯電したト
ナーとの間に強固な静電引力が生じ、その結果、アパチ
ャ電極体に対するトナー供給効率が悪くなり、必要な画
像濃度やコントラスト・印字速度を得るためには、前記
アパチャ電極体を駆動する電圧を高くしなければなら
ず、したがって装置全体がコスト高となっていた。

【０００９】この静電引力は、トナー担持体表面の材質
によって強度や性質が大きく異なる。トナー担持体表面
が樹脂等の誘電体である場合、トナー自身の帯電電荷に
よる鏡像力は、トナー担持体が金属等の導体である場合
と比べると、樹脂の比誘電率をε_rとしたときに（ε_r-
１）／（ε_r+１）倍となり、例えばε_r=３．０の樹脂を
用いると鏡像力は金属の２分の１になるので、樹脂等の
誘電体を用いた方がトナーの供給効率が良くなると推定
される。

【００１０】しかしながら、誘電体をトナー担持体表面
に用いた場合、他の部材との接触や摩擦によって帯電し
やすいため、この帯電電荷とトナーの帯電電荷が非常に
大きな相互作用を示し、両者の極性が異なる場合は強い
吸引力となり非常に大きな駆動電圧が必要となってしま
い、極性が同じ場合には強い反発力のためにトナーがト
ナー担持体表面に担持されなくなり、トナー担持体とし
ての用を為さなくなってしまった。

【００１１】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、簡易な構成で必要な画像濃度、
コントラストおよび印字速度を得ることが可能な、トナ
ー供給効率が高いトナー供給手段を備えた画像形成装置
を提供することを目的としている。

【００１２】

【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、帯電したトナーの流れを制
御するトナー流制御手段と、そのトナー流制御手段に対
して前記帯電したトナーを供給するトナー供給手段とを
備えるものであり、前記トナー供給手段は、前記帯電し
たトナーを担持すべく表面が誘電体層で構成されたトナ
ー担持体と、そのトナー担持体に担持される前記帯電し
たトナーに対して、更に一様に帯電を施す帯電手段とを
備えている。

【００１３】また、前記画像形成装置は、前記帯電手段
よりもトナー担持体のトナー搬送方向の上流側に位置
し、前記トナー担持体表面の除電を行う除電手段を備え
ていても良い。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置にお
ける帯電手段は、トナー担持体に担持されるトナーに対
して、更に一様に帯電を施す。また、除電手段はトナー
担持体表面の除電を行う。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照しながら説明する。

【００１６】図１は、本発明の画像形成装置の概要を示
す図であり、トナー流制御手段としてのアパチャ電極体
１の上側には、１ｍｍの間隙を有して、円柱状の背面電
極ローラ２２がシャーシ（図示せず）に回動可能に配設
されており、前記間隙に挿入される支持体２０を搬送し
得るように構成されている。また、前記アパチャ電極体
１の下側には、そのアパチャ電極体１の長手方向に沿っ
て、トナー供給装置１０が配設されており、更には、前
記背面電極ローラ２２によって搬送される支持体２０の
進行先には定着装置２６が配設されている。

【００１７】次に、上記各構成要素の詳細を説明する
と、前記トナー供給装置１０は、装置全体のハウジング
を兼ねるトナーケース１１と、そのトナーケース１１内
に収納されるトナー１６と、供給ローラ１２と、トナー
担持ローラ１３と、トナー層規制ブレード１８とから構
成されている。ここにおいて、前記トナー担持ローラ１
３はトナー１６を担持し、アパチャ電極体１に向かって
搬送するものであり、前記供給ローラ１２は、トナー担
持ローラ１３に対してトナー１６を供給するものであ
る。

【００１８】そして、前記供給ローラ１２とトナー担持
ローラ１３は、トナーケース１１に図示する矢印方向に
回転可能に支持されており、両者は接した状態で平行に
配設されている。また、前記トナー層規制ブレード１８
は、トナー担持ローラ１３に担持されるトナー１６の量
がローラ面上で均一になるよう調整するとともに、その
トナー１６を均一に帯電させるためのものであり、トナ
ー担持ローラ１３に圧接されている。

【００１９】更に、トナー担持ローラ１３は、金属芯棒
１４の表面に、樹脂層１５を被覆するように構成されて
いる。この樹脂層１５は、通常はトナー１６の帯電電荷
と逆極性に帯電しやすい材質が選択され、例えば、トナ
ー１６がマイナス帯電の場合、ポリアミド樹脂等を用い
ることができ、その厚さは数μｍ〜数ｍｍの間で選択で
きる。

【００２０】なお、図１には示していないが、トナーケ
ース１１及び金属芯棒１４は浮動電位を持たないようア
ースに接続されている。

【００２１】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に厚さ２５μｍのポリイミド製の絶縁シート２に直径１
００μｍの複数のアパチャ６が１列に形成され、且つ上
面に厚さ１μｍの制御電極４が各アパチャ６毎に形成さ
れたものである。そして、前記アパチャ電極体１は、図
１に示すように支持体２０側に制御電極４を対向させた
状態で、絶縁シート２のアパチャ位置でトナー担持ロー
ラ１３に対して圧接されている。

【００２２】ここにおいて、前記アパチャ電極体１のア
パチャ６とトナー担持ローラ１３との位置関係の詳細を
説明すると、図３に示すように、各アパチャ６は各々の
中心線３０がトナー担持ローラ１３の周面の最上部分
と、トナー担持ローラ１３の中心軸３２とを通過するよ
うに配置されている。これによれば、各アパチャ６は、
トナー担持ローラ１３の周面の最上部分を基準として、
左右に均等に配置されることにより、各アパチャ６を通
過するトナー１６の分布をアパチャ内の全域で均一にす
ることができる。また、アパチャ６の壁面とトナー１６
の飛翔方向とが平行であるため、安定してトナーを飛翔
させることができる。

【００２３】更には、アパチャ電極体１自体は、図３に
示すようにトナー担持ローラ１３に対して、アパチャ６
を中心として左右に同じ角度だけたわむように圧接され
ている。これにより、アパチャ電極体１とトナー担持ロ
ーラ１３との接触面積を大きくすることができるととも
に、アパチャ６の下部周辺を左右均一に圧接することが
できるため、トナーの濃度むらが発生することを極力抑
えることができる。

【００２４】また、前記制御電極４とトナー担持ローラ
１３の間には、制御電圧印加回路８が接続されている。
この制御電圧印加回路８は、画像信号に基いて制御電極
４に対して０Ｖ、もしくは＋３５Ｖの電圧を印加するよ
うに構成されている。

【００２５】更には、前記背面電極ローラ２２とトナー
担持ローラ１３との間には直流電源２４が接続されてお
り、この直流電源は前記背面電極ローラ２２に対して＋
１ｋＶの電圧を印加し得るようになっている。

【００２６】また、トナー担持ローラ１３の右方には、
それと対向するように除電器３５が設置されており、こ
の除電器３５よりもトナー搬送方向（トナー担持ローラ
１３の回転方向）の下流側には、帯電器３９が設置され
ている。

【００２７】前記除電器３５としては、通常コロナ帯電
器が用いられ、１つのコロトロンをＡＣで駆動したり、
または２つのコロトロンを用いて、それらの一方を直流
で駆動して一様な極性に帯電し、他方でこれを除電する
ように用いたりすることができる。

【００２８】また、帯電器３９は、金属や導電性樹脂製
のブラシ、ブレード、またはコロナ帯電器などを用いる
ことができる。除電器３５及び帯電器３９はそれぞれ、
除電器駆動電源３７及び帯電器駆動電源４１によって駆
動されている。

【００２９】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作を説明する。

【００３０】まず始めに、トナー担持ローラ１３と供給
ローラ１２の図１に示す矢印方向の回転により、供給ロ
ーラ１２から送られてくるトナー１６はトナー担持ロー
ラ１３に擦りつけられ、マイナスに帯電させられてトナ
ー担持ローラ１３上に担持される。担持されたトナー１
６は、トナー層規制ブレード１８によって薄層化される
とともに帯電された後、トナー担持ローラ１３の回転に
よってアパチャ電極体１に向かって搬送される。

【００３１】ここで、トナー担持ローラ１３の表面を構
成する樹脂層１５は、供給ローラ１２及びトナー１６と
の摩擦によってプラスに帯電しており、マイナスに帯電
しているトナー１６との間には強固な静電引力が生じて
いる。ここで除電器３５によって、樹脂層１５表面及び
トナー１６の双方を除電し、次に帯電器３９によって、
トナー１６のみを帯電する。

【００３２】上記の方法により、トナー１６と樹脂層１
５との間の引力は、ファンデルワールス力と、（導体壁
と比較して）弱い鏡像力だけとなり、後述するような、
制御電極４とトナー担持ローラ１３との間に生じる電界
によって、トナー１６を樹脂層１５表面から離脱・飛翔
させることができる。

【００３３】そして、トナー担持ローラ１３上のトナー
はアパチャ電極体１の絶縁シート２に擦られつつアパチ
ャ６の下に供給される。

【００３４】ここで、画像信号に応じて、その画像部分
に対応する制御電極４には、制御電圧印加回路８から＋
３５Ｖの電圧が印加される。その結果、画像部分に対応
するアパチャ６の近傍には、制御電極４とトナー担持ロ
ーラ１３の間の電位差により、制御電極４よりトナー担
持ローラ１３に向かう電気力線が形成される。それによ
り、マイナスに帯電されたトナーは電位の高い方向に静
電力を受け、トナー担持ローラ１３上からアパチャ６を
通過して制御電極４側に引き出される。引き出されたト
ナー１６は、更に、背面電極２２に印加されている電圧
によって支持体２０とアパチャ電極体１との間に形成さ
れる電界により、支持体２０に向かって飛翔し、支持体
２０上に堆積して画素を形成する。

【００３５】また、非画像部分に対応する制御電極４に
は、制御電圧印加回路８から０Ｖの電圧が印加される。
その結果、トナー担持ローラ１３と制御電極４との間に
は電界が形成されないことにより、トナー担持ローラ１
３上のトナー１６は静電力を受けないためアパチャ６を
通過しない。

【００３６】更には、支持体２０は、その面上にトナー
１６により１列の画素が形成される間に、アパチャ列と
垂直の方向に１画素分送られる。そして、上記のプロセ
スを繰り返すことにより支持体２０の全面にトナー像が
形成される。その後、形成されたトナー像は、定着装置
２６によって支持体２０上に定着される。

【００３７】上記のように構成される画像形成装置にお
いて、絶縁性トナーを用いれば、トナー担持ローラ１３
と制御電極４の間の絶縁性が保たれ、アパチャ６が絶縁
破壊することがない。

【００３８】上記のプロセスにおいて、制御電極４によ
る制御電界は、制御電極４とアパチャ６の内部、および
そのアパチャ６と対向するトナー担持ローラ１３のトナ
ー担持面との間に形成されるので、担持されるトナー１
６に直接、制御電界を印加できるため、制御効率がよ
い。

【００３９】また、供給されるトナー１６の一部が、ア
パチャ電極体１との摺動で機械的な力等を受け、非画像
部に対応するアパチャ６内に進入しても、アパチャ６内
部の電界でアパチャ６を通過しないよう制御できるた
め、トナーの制御性が良い。

【００４０】更には、トナー担持ローラ１３とアパチャ
電極体１はトナー層を挟んで対向しているので、比較的
近距離に配置することができることにより、制御電圧を
低くでき、安価な駆動素子を使用することができる。

【００４１】また、アパチャ電極体１の絶縁性シート２
はトナー担持ローラ１３側に向けられているので、トナ
ー供給系の不具合でトナー担持ローラ１３上にトナー１
６が存在しない場合でも、制御電極４とトナー担持ロー
ラ１３が接触して電気的に短絡し、駆動素子を壊すこと
はない。

【００４２】また、アパチャ電極体１とトナー担持ロー
ラ１３上のトナー１６とは、アパチャ６の入口部分で接
触していることにより、アパチャ６の入口部分に堆積す
るトナー１６は、トナー担持ローラ１３により順次供給
されるトナーにより押し流されるため、トナー１６が堆
積、架橋してアパチャ６を塞ぐことが無い。

【００４３】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、その主旨を逸脱しない範囲におい
て、種々の変更を加えることが可能である。

【００４４】例えば、上記実施例では非画像部分に対応
するアパチャの制御電圧を０Ｖとしたが、これは負の電
圧であっても良い。この場合、よりかぶりの少ない画像
を得ることができる。また、上記実施例においては、ト
ナー流制御手段としてアパチャ電極体を用いたが、例え
ば、米国特許第５０３６３４１号の明細書に記載される
ような編目状の電極体を用いることも可能である。

【００４５】

【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、帯電手段は、トナー担持
体に担持されるトナーに対して、更に一様に帯電を施
し、また、除電手段はトナー担持体表面の除電を行うこ
とにより、トナー供給効率が極めて良いため、必要な画
像濃度、コントラストおよび印字速度を容易に得ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置の構成を具体化した一実
施例を示す図である。

【図２】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体の構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体とトナー担持ローラとの構成を模式的に表す図であ
る。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 １３ トナー担持ローラ １５ 樹脂層 ３５ 除電器 ３９ 帯電器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナーの流れを制御するトナー
   流制御手段と、 そのトナー流制御手段に対して前記帯電したトナーを供
   給するトナー供給手段とを備える画像形成装置におい
   て、 前記トナー供給手段は、前記帯電したトナーを担持すべ
   く表面が誘電体層で構成されたトナー担持体と、 そのトナー担持体に担持される前記帯電したトナーに対
   して、更に一様に帯電を施す帯電手段とを備えたことを
   特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記帯電手段よりもトナー担持体のトナ
   ー搬送方向の上流側に位置し、前記トナー担持体表面の
   除電を行う除電手段を備えたことを特徴とする請求項１
   記載の画像形成装置。