JPH06328770A - 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、表面が誘電体からなる樹
脂層１５で覆われたトナーローラ１３の導電部である金
属芯棒１４に対して、担持ローラ表面電位制御手段３０
により、樹脂層１５の表面電位に応じて、適当な電位を
与えることにより、表面電位の影響で形成される電界に
よりトナーとの間に生じる引力、または斥力を小さくす
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、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、トナー粒子を供給する手段としては、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
るため、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、前記トナーを担持し、その
トナーを前記トナー流制御手段に対して供給するトナー
供給手段とを備えるものであり、更には、前記トナー供
給手段は導電部を有し、表面が誘電体層で覆われたトナ
ー担持体と、そのトナー担持体の誘電体層の表面電位に
応じて、導電部に電位を印加する担持体電位制御手段と
を備えている。

【００１３】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置にお
けるトナー供給手段は、トナー担持体表面の誘電体層が
トナー担持の過程で帯電しても、担持体電位制御手段よ
りこの表面電位に応じてトナー担持体の導電部に適当な
電位を与えることによって、この表面電位の影響で形成
される電界によりトナーとの間に生じる引力、または斥
力を小さくすることができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照しながら説明する。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。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
覆するようにして構成されている。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】また、担持ローラ表面電位制御手段３０
は、トナー担持ローラ１３の表面電位を測定する表面電
位計３２と、前記金属芯棒１４と電気的に接続されたバ
イアス電源３４と、表面電位計３２からの情報をもとに
バイアス電源３４を制御するためのバイアス制御手段３
６とを備えている。

【００２２】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。

【００２３】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
とともに帯電される。

【００２４】このとき、トナー担持ローラ１３の表面に
は、供給ローラ１２及びトナー１６との摩擦によって表
面電荷が誘起され、トナー１６の持つ電荷との間に静電
気的な相互作用を生ずる。

【００２５】例えば、この表面電荷がトナー１６の電荷
と逆極性の場合には、強力な吸引力になるので、トナー
担持ローラ１３表面上へトナー１６が強固に付着する。
この場合、十分な密度のトナー１６がトナー担持ローラ
１３上に担持されるが、トナー１６のトナー担持ローラ
１３への付着が強固すぎるため、アパチャ６で印字時に
制御電極４とトナー担持ローラ１３間の電界によってト
ナー１６を支持体２０に向かって飛翔させることができ
ない。

【００２６】逆に、表面電荷がトナー１６の電荷と同極
性の場合には、斥力が生じるので、トナー担持ローラ１
３上にはほとんどトナー１６が担持されず、印字を行う
ことができない。

【００２７】そこで、常にトナー担持ローラ１３の表面
電位が０Ｖ近辺になるよう、担持ローラ表面電位制御手
段３０によって制御する。この担持ローラ表面電位制御
手段３０は、表面電位計３２でトナー担持ローラ１３の
表面電位を測定し、この電位を０にするようバイアス電
源３４を制御して前記金属芯棒１４に電圧を印加する。
これによって、トナー担持ローラ１３の表面上には適正
な量のトナー１６が担持され、また、トナー１６とトナ
ー担持ローラ１３との間の付着力が小さくできるため、
アパチャ６直下に於いて制御電極４とトナー担持ローラ
１３間の電界で容易にトナー１６を支持体２０に向かっ
て飛翔させることができる。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】ここで、比較例として、本実施例の担持ロ
ーラー１３の代わりに、金属製ローラーを用いると、ト
ナー１６の電荷による鏡像力によりトナー１６を吸着す
る力は本実施例の場合に比べてはるかに大きくなるの
で、この吸引力に打ち勝ってトナー１６を支持体２０に
向かって飛翔させるためには、制御電圧印加回路８から
制御電極４に印加されるべき電圧が非常に高くなってし
まい、ドライバコストの上昇を招いていた。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】また、上記実施例では、つねにトナー担持
体表面の電位が０Ｖになるよう制御したが、表面電位計
により測定したトナー担持体の表面電位と同電位をトナ
ー担持体の金属心棒に印加し、制御電極、背面電極には
通常の印加電圧にこの電位を重畳するよう制御してもよ
い。

【００３７】

【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、トナー供給手段における
トナー担持体表面の誘電体層がトナー担持の過程で帯電
しても、担持体電位制御手段よりこの表面電位に応じて
トナー担持体の導電部に適当な電位を与えることによっ
て、この表面電位の影響で形成される電界によりトナー
との間に生じる引力、または斥力を小さくすることがで
きることにより、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
施例を示す断面図である。

【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。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 ２ 絶縁性シート ４ 制御電極 ６ アパチャ ８ 制御電圧印加回路 １３ トナー担持ローラ １４ 金属芯棒 １５ 樹脂層 ２２ 背面電極ローラ ２４ 直流電源 ３０ 担持ローラー表面電位制御手段 ３２ 表面電位計 ３４ バイアス電源 ３６ バイアス制御手段

Claims (1)

【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、 前記トナーを担持し、そのトナーを前記トナー流制御手
   段に対して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導電部を有し、表面が誘電体層で
   覆われたトナー担持体と、 そのトナー担持体の誘電体層の表面電位に応じて、導電
   部に電位を印加する担持体電位制御手段とを備えたこと
   を特徴とする画像形成装置。