JPH06344587A

JPH06344587A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH06344587A
Application number: JP13356893A
Authority: JP
Inventors: Masaichi Tanabe; 政一田辺
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1994-12-20

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、表層が剛体部１４とエラ
ストマー部１５とで構成されたトナー担持ローラ１３
と、そのトナー担持ローラ１３に対して振動を付与する
超音波振動体２１とを備え、剛体部１４のみにトナーを
集中的に担持させ、且つ担持されたトナーの付着力を超
音波振動体２１の振動により弱めることにより、トナー
供給効率を高めている。

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トナー流制御手段
としてのアパチャ電極体と、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
に於いて、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、トナー担持体
の表面を金属などの導体で構成した場合、樹脂とは異な
り摩擦帯電による静電引力を担持のために使うことがで
きないので、平滑面では担持量が非常に少なくなるた
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・印字速度を得ることができなかった。このた
め、通常はサンドブラストやエッチング、ローレット、
溝形成等の表面形状処理を行い、これらによってできた
凹凸にトナーを埋め込むようにして担持量を稼いでいた
が、この方法では、２つの問題点があった。

【０００９】一つは、上記のような表面形状処理を施す
場合、事前に鏡面仕上げ等の平滑化処理を施しておかな
いと、外形切削時の切削痕が表面形状処理後にも残って
しまい、表面形状処理の有効性が十分に発揮されないこ
とである。

【００１０】もう一つは、上記のような表面形状処理を
施す場合、熱変形によりトナー担持体の中心軸に振れが
生じ、トナー担持体のトナー搬送速度に同期した周期的
な画像濃度ムラが生じることである。

【００１１】また、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
の間には、一旦、トナーが担持されてしまうとトナー自
身の電荷による鏡像力が引力として生じ、これが大きす
ぎると、印字時にトナーをトナー担持体表面から離脱さ
せるのが困難となるため、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。

【００１２】この鏡像力は、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。

【００１３】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、かえって金属の場合よりも強固に付着し
てしまうために非常に大きな制御電極駆動電圧が必要と
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。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。

【００１４】

【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、前記帯電したトナーを担持すべく表面が剛体
部とエラストマー部とで構成されたトナー担持体と、そ
のトナー担持体に対して振動を付与する加振手段とを備
えている。

【００１５】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置は、
トナー担持体表面の剛体部とエラストマー部との間に表
面電位差を生じさせ、これによって生ずる電界によっ
て、剛体部またはエラストマー部のうち、トナー流制御
手段にトナーを供給する時に供給効率を高くできる方の
みに選択的に帯電トナーを担持する。この場合、トナー
を担持するための駆動力は、剛体部表面とエラストマー
部表面の間の電位差により生ずる電界、または、エラス
トマー部におけるタック性（付着性）を用いることによ
って十分な担持量が得られる。そして、加振手段により
トナー担持体に対して振動を付与し、担持されるトナー
の付着力を弱める。

【００１６】

【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。

【００１７】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。

【００１８】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７と、供給ローラ１２と、トナー担
持ローラ１３と、帯電ブレード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１３はトナー
７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７を供給するものである。

【００１９】そして、前記供給ローラ１２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、トナー担持ローラ１３とは互いに接した状態で平行
に配設されている。また、前記帯電ブレード１８は、ト
ナー担持ローラ１３に担持されるトナー７の量が供給ロ
ーラ１２、及びトナー担持ローラ１３の表面上で均一に
なるよう調整するとともに、そのトナー７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。

【００２０】更に、トナー担持ローラ１３は、剛体部１
４及びエラストマー部１５とから構成されている円筒状
の部材である担持層１６を備えている。

【００２１】図４に、このトナー担持ローラ１３の構成
の詳細を示す。前記エラストマー部１５には、超音波振
動が減衰しやすい合成ゴムが用いられ、またトナー７の
帯電電荷と同極性に帯電しやすい材質が選択され、例え
ば、トナー７がマイナス帯電の場合、マイナス帯電しや
すいフッ素ゴムやシリコンゴム等が好適に用いられ、そ
の厚さは数μｍ〜数ｍｍの間で選択することができる。

【００２２】剛体部１４は金属等で構成され、その厚さ
はエラストマ部１５と同一であり、剛体部１４及びエラ
ストマ部１５は、導電性接着剤を介して導電ゴム層３７
を用いて、金属製の担持層支持板３５に固定されてお
り、したがって剛体部１４は電気的に金属芯棒１７と通
電できるようになっており、また、ある１つの剛体部１
４のみに超音波振動を印加した場合、エラストマ部１５
及び導電ゴム層３７によって減衰されるために担持層支
持板３５や隣接した剛体部１４に伝播しないようになっ
ている。

【００２３】また、担持層１６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いる。

【００２４】図１において、前記担持層１６に内接する
ように、超音波振動体２１が配設されている。この超音
波振動体２１は、印字操作に対応してＲＦ電圧を出力す
る超音波発振器１９によって駆動されており、アパチャ
６に最近接した一つの剛体部１４のみに超音波振動を印
加できるよう構成されている。

【００２５】なお、図１に於いて、トナーケース１１、
供給ローラ１２の中心軸は浮動電位を持たないようアー
スに接続されている。なお、金属芯棒１７及び剛体部１
４については、接地されていてもよく、適当なバイアス
電圧が印加されていても良い。

【００２６】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。

【００２７】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７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７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。

【００２８】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の担持層１６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。

【００２９】また、前記制御電極４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。

【００３０】更には、前記背面電極ローラ２２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。

【００３１】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作を図１を用いて説明する。まず始めに、担持層
１６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７は帯電ブ
レード１８に擦りつけられ、マイナスに帯電させられ
る。担持層１６も、供給ローラ１２と摩擦しながら回転
しているので、エラストマ部１５の表面は大きなマイナ
ス電荷を持ち、剛体部１４との間に電界が生じる。この
電界によって、マイナス帯電のトナー７は、剛体部１４
の上のみに担持される。担持されたトナー７は、担持層
１６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。

【００３２】このとき、剛体部１４とエラストマ部１５
との間に生じる電界強度が強ければ強いほど、すなわち
エラストマ部１５の帯電量が大きいほど、剛体部１４に
付着するトナー７の量が多くなるので、供給ローラ１２
及びエラストマ部１５の材質の組み合わせを適切に選択
すれば、剛体部１４及びエラストマ部１５に複雑な表面
処理を施すことなく、十分な担持量を得ることができ
る。

【００３３】そして、担持層１６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。アパチャ６の直下に来た剛体部１４には、
超音波振動体２１によって超音波振動が印加され、振動
加速度という機械的な作用により、剛体部１４上にトナ
ー７を拘束している力を打ち消す方向の力がトナー７に
与えられるので、微弱な制御電界にもトナー７が応答す
るようにすることができる。

【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と担持層１６の
トナーを担持した部分（この場合剛体部１４）との間の
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、担
持層１６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７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、担持層１６のトナーを担持した部分と制御電
極４との間には、トナー７がアパチャ６に向かうような
電界が形成されないことにより、担持層１６上のトナー
７は、アパチャ６に向かった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
７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２
６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
ー担持面である担持層１６の表面との間に形成されるの
で、担持されるトナー７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７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、必要な制御
電界を生ずるための制御電圧を低くすることができ、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７
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７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７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７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。なお、同一
の作用を奏するものには同一の符号を付して説明する。

【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】また、上記実施例においては、トナーを剛
体部に担持したが、エラストマ部に担持するようにして
も良い。

【００４６】図５は、このような変形例の構成を示す図
である。剛体部１４は、図示しない電源によって任意の
電圧を印加できるよう構成されており、超音波振動体２
１は、アパチャ６から比較的遠い任意の位置の剛体部１
４のみに超音波振動を印加できるよう配置されている。

【００４７】エラストマ部１５は、トナー７と逆の極性
に帯電しやすい、例えばトナー７がマイナス帯電の場合
にはプラス帯電しやすい材質を選択し、剛体部１４は、
接地するか、僅かなマイナス電位を与えることによっ
て、エラストマ部１５と剛体部１４との間に生ずる電界
の作用でエラストマ部１５上のみにマイナス帯電したト
ナー７が担持されることができる。

【００４８】この場合、誤ってプラスに帯電したトナー
７が、上述した電界の作用で剛体部１４に付着するが、
超音波振動体２１によって付着した逆帯電トナーを振り
落とすことができるので、逆帯電トナーによる画像の地
かぶりを防止する効果をも奏することができる。

【００４９】このような変形例においては、ただ一つの
剛体部１４のみに超音波振動を印加するような構成にし
なくても良いので、図６に示すように、担持層支持板３
５と剛体部１４とを分割せずに一体で形成しても良い。
この場合、超音波振動体２１は金属芯棒１７の外表面に
接するように配置される。

【００５０】また、エラストマ部１５として、供給ロー
ラ１２と摩擦したときに帯電性が極めて小さくなるよう
な、帯電列で供給ローラ１２と近い材質を選択した場合
でも、トナー７の電荷と同じ極性の電圧を剛体部１４に
印加することによって、上記実施例と同様の効果でトナ
ー７を選択的に剛体部１４上のみに担持することができ
る。

【００５１】

【発明の効果】以上詳述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剛体部
とエラストマー部とで構成されたトナー担持体と、その
トナー担持体に対して振動を付与する加振手段とを備え
たことにより、トナー担持体の何れかの部分のみにトナ
ーを集中的に担持させ、且つ担持されたトナーの付着力
を加振手段の振動により弱めることができるため、トナ
ー供給効率が高くなることにより、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。

【図４】本発明の画像形成装置に用いられるトナー担持
ローラの構成の一例を示す図である。

【図５】本発明の画像形成装置の変形例を示す図であ
る。

【図６】図５に用いられるトナー担持ローラの構成の一
例を示す図である。

【符号の説明】

１アパチャ電極体４制御電極６アパチャ７トナー１３トナー担持ローラ１４剛体部１５エラストマー部１６担持層２１超音波振動体２２背面電極ローラ２４直流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【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、前記帯電したトナーを担持すべ
く表面が剛体部とエラストマー部とで構成されたトナー
担持体と、そのトナー担持体に対して振動を付与する加振手段とを
備えたことを特徴とする画像形成装置。