JPH07117266A - 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
が高い画像形成装置を提供すること。 【構成】 本画像形成装置は、帯電したトナーの流れを
制御するアパチャ電極体１と、トナーを担持し、そのト
ナーをアパチャ電極体１に対して供給するトナー担持ロ
ーラ１４とを備え、更にはアパチャ６に対してトナー供
給方向の上流側で、かつアパチャ６に近接した位置で、
トナー担持ローラ１４の回転と共に摺動するよう配置さ
れた圧電摺動体３６を備えている。この圧電摺動体３６
が印字ＯＮ時のみにトナー担持ローラ１４と接触するこ
とによって、トナー担持ローラ１４に強固に付着したト
ナー１６を小さな駆動電圧で支持体上に飛翔させること
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】

【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、及びトナー流ＯＮ／ＯＦＦの駆
動電位差を高くしなければならず、それには耐圧の大き
い高価なドライバＩＣが必要となり、装置全体もコスト
高となっていた。

【０００８】また、帯電量の高いトナーは、担持された
トナー層のうちトナー担持体表面に最も近接して強固な
鏡像力で付着しており、この最下層トナーの外側のトナ
ー層が低い駆動電圧で支持体に飛翔する傾向があり、そ
れにより開口部に供給されたトナーのうち約半分は印字
に供されず、トナー供給効率が低くなっていた。

【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、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画像形成装置を提供することを目的
としている。

【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、開口部を有し、帯電したト
ナーの流れを制御するトナー流制御手段と、トナーを担
持するためのトナー担持体を有し、前記トナー流制御手
段に対して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、更には、前記トナー流制御手段の開口部の
近傍に配置され、トナー担持体に対して接触する第１の
位置と、トナー担持体から離れる第２の位置との間で選
択的に移動する選択摺動手段を備えている。

【００１１】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置に於
いては、トナー担持体表面に強固に付着したトナーを、
選択摺動手段を印字時のみトナー担持体と摺動させるこ
とにより、力学的な力でトナー担持体表面から僅かに引
き離すことができる。したがって、開口部のごく近傍に
於いて、トナー担持体上の全てのトナーのトナー担持体
に拘束する力（鏡像力＋ファンデルワールス力）を劇的
に弱めることができ、これによって前記アパチャ電極体
を駆動する電圧、及びトナー流ＯＮ／ＯＦＦの駆動電位
差を小さくすることができる。また、トナー担持体と選
択摺動手段との摺動は印字時のみであり、印字しないと
きは選択摺動手段はトナー担持体から退避するので、選
択摺動手段の手前側（トナー供給方向に対して上流側）
にトナーが溜って後から供給されてくるトナーの担持厚
さや帯電量を乱すことがない。

【００１２】

【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。

【００１３】図１は、本発明を実施した画像形成装置の
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。

【００１４】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１４と、トナー層規制ブレード１８と、圧電
摺動体３６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１４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１４に対してトナー１６を
供給するものである。

【００１５】そして、前記供給ローラ１２とトナー担持
ローラ１４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、トナー担持ローラ１４は、モー
タ（図示せず）に接続され、供給ローラ１２もまたモー
タ（図示せず）に接続されており、それぞれのローラ
は、前記のモータによって駆動されている。

【００１６】トナー担持ローラ１４と供給ローラ１２と
の間で摺動を受け帯電されたトナー１６は、その帯電電
荷とトナー担持ローラ１４の表面との間に生ずる鏡像
力、及びファンデルワールス力によって、トナー担持ロ
ーラ１４の表面上に担持される。

【００１７】前記トナー層規制ブレード１８は、トナー
担持ローラ１４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ためのものであり、トナー
担持ローラ１４に圧接されている。

【００１８】圧電摺動体３６は、ＰＺＴ等の圧電素子に
より構成されており、前記アパチャ電極体１の前記トナ
ー担持ローラ１４と対向する面上で、アパチャ６に対し
てトナー供給方向の上流側（トナー担持ローラ１４の回
転方向を示す矢印の元側）で、かつアパチャ６に近接し
た位置に着接されている。

【００１９】この圧電摺動体３６は、印字制御部４０に
より制御された電源３８に接続されており、この電源３
８からの印加電圧によって、以下のようにトナー担持ロ
ーラ１４との接触または非接触状態が選択可能である。

【００２０】印字ＯＮの時は、電源３８からの印加電圧
によってこの圧電摺動体３６はトナー担持ローラ１４に
押しつけられ、トナー担持ローラ１４の回転と共に摺動
するが、印字ＯＦＦのときは、トナー担持ローラ１４と
圧電摺動体３６とは接触せず、この間をトナー１６が通
過していく。

【００２１】圧電摺動体３６に接続された前記電源３
８、制御電圧印加回路８、及び直流電源２４は、周知の
ＣＰＵなどにより構成された印字制御部４０によって制
御されている。

【００２２】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に、厚さが２５乃至１００μｍのポリイミド製の絶縁シ
ート２に、直径３０乃至１００μｍ程度の大きさをもつ
複数のアパチャ６が１列または複数列に形成され、且つ
上面に厚さ１乃至１０μｍ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１４に対して近接されている。

【００２３】また、前記制御電極４とトナー担持ローラ
１４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、もしくは任意の＋の電圧を印加するよ
うに構成されている。

【００２４】更には、前記背面電極ローラ２２とトナー
担持ローラ１４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。

【００２５】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。

【００２６】まず始めに、トナー担持ローラ１４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１４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１４上に担持される。担持されたトナー
１６は、層規制ブレード１８によって薄層化された後、
トナー担持ローラ１４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。

【００２７】このとき、薄層化されたトナー１６は、ト
ナー担持ローラ１４との間に生じている強固な鏡像力に
よって担持されており、電界の力でこれを引きはがすの
にはかなり強力な電界が必要となる。

【００２８】しかしながら、このようにトナー担持ロー
ラ１４上に強固に付着したトナー１６は、後述するよう
な印字ＯＮ時の制御電圧の印加があると、これに同期し
てトナー担持ローラ１４と圧電摺動体３６が摺動し、こ
れによって力学的な力ではぎ取られる。ローラ表面から
少しでも離れたトナーに対しては、鏡像力は距離の２乗
に反比例するので、ローラ表面に対してほとんど拘束力
のない状態でアパチャ６の直下に供給できるため、僅か
な制御電圧でトナー流のＯＮ／ＯＦＦ制御が可能とな
る。

【００２９】このとき、前記圧電摺動体３６は、アパチ
ャ６に対してトナー供給方向の上流側にあり、かつ印字
ＯＦＦ時にはトナー担持ローラ１４から離れるので、印
字ＯＮ時にこの圧電摺動体３６にせき止められて溜って
いたトナー１６はトナー供給方向に流れていく。したが
って圧電摺動体３６の手前側に溜っていたトナーが後か
ら供給されてくるトナー１６の層厚や帯電量を乱したり
アパチャ６を詰まらせてしまうことはない。

【００３０】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、
前記印字制御部４０によって制御された印字ＯＮ時の制
御電圧が印加される。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１
４の間の電位差により、制御電極４よりトナー担持ロー
ラ１４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１４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１
６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。

【００３１】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１４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
１４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。

【００３２】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。

【００３３】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１４
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。

【００３４】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１４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。

【００３５】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。

【００３６】更には、トナー担持ローラ１４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。

【００３７】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１４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１４上にトナー
１６が存在しない場合でも、制御電極４とトナー担持ロ
ーラ１４が接触して電気的に短絡し、駆動素子を壊すこ
とはない。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】

【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は、トナー流制御手段の開口部の近
傍に配置され、トナー担持体に対して接触する第１の位
置と、トナー担持体から離れる第２の位置との間で選択
的に移動する選択摺動手段を備えたことにより、印字Ｏ
Ｎ時にのみ、選択摺動手段がトナー担持体と接触するこ
とにより、トナー担持体上のトナーをはぎ取ることによ
り、僅かな制御電圧でトナーを飛翔させることができる
ため、簡易な構成にて、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となり、トナー供給効
率を高くすることができる。

【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。

【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 １４ トナー担持ローラ ２２ 背面電極ローラ ２４ 直流電源 ３６ 圧電摺動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 1/29 Ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口部を有し、帯電したトナーの流れを
   制御するトナー流制御手段と、 トナーを担持するためのトナー担持体を有し、前記トナ
   ー流制御手段に対して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、 前記トナー流制御手段の開口部の近傍に配置され、トナ
   ー担持体に対して接触する第１の位置と、トナー担持体
   から離れる第２の位置との間で選択的に移動する選択摺
   動手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。