JPH07132635A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高いトナー供給効率及び高いトナー制御効率
を低い制御電圧で得ることのできる安価な画像形成装置
を提供すること。 【構成】 本画像形成装置におけるアパチャ電極体１
は、絶縁シート２に複数のアパチャ６が形成され、片面
に厚さ１μｍの制御電極４が各アパチャ６毎に形成され
るとともに、この制御電極４とその配線部を除いた非パ
ターン部のみに、制御電極と同じ厚みのトナー付着性パ
ターン平滑化層５が形成されたものである。

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おいては、トナー供給手
段とアパチャ電極体との距離が大きく、したがって供給
されたトナーの時間当たりの濃度、すなわちトナー供給
効率は従来の電子写真方式におけるトナー供給系と比較
してももかなり低いものとなっており、所定の画像濃度
を得るためにはかなり大きな制御電圧が必要になってい
た。

【０００８】一方、上記のような従来の画像形成装置に
おいて、トナー供給手段とアパチャ電極体との距離を単
に近づけた場合、トナー流制御手段にトナーが付着し、
これがアパチャの穴詰まりを引き起こす原因となってい
た。特に、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した構成にした場合、
制御電圧のＯＮ／ＯＦＦの周期に同期して、トナーが脱
着を繰り返し、この周期で画像濃度にムラが生じるとい
う問題が新たに生じた。

【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、高いトナー供給効率及び高いト
ナー制御効率を低い制御電圧で得ることのできる安価な
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、帯電したトナーが通過する
開口部を備えた絶縁性基板と、その絶縁性基板上に形成
され、前記帯電したトナーが開口部を通過するのを制御
する制御電極と、前記絶縁性基板上の制御電極が形成さ
れていない部分のみに、制御電極の厚みと同じ厚みで形
成され、前記トナーの帯電極性とは逆極性に帯電するよ
う構成されたトナー付着性パターン平滑化層とを有する
トナー流制御手段と、前記トナーを担持するトナー担持
体を有し、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ている。

【００１１】尚、前記トナー担持体と、トナー流制御手
段の制御電極が形成されている面とが、前記トナーを介
して圧接するよう構成してもよい。

【００１２】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置は、
制御電極に印加される制御電圧に関わらず、常に制御電
極からトナー付着性パターン平滑化層に向かってトナー
が力を受ける向きの電界が、トナー流制御手段表面近傍
に生じているので、制御電極にトナーが付着して穴詰ま
りを起こすことがなく、また、トナー担持部材と、トナ
ー流制御手段の前記制御電極を有する面とは、前記トナ
ーを介して圧接するようトナー流制御手段及びトナー供
給手段が配置されている場合でも、トナー流制御手段の
トナー担持体と接触する面上には制御電極の存在に起因
する凹凸がトナー付着性パターン平滑化層によって平滑
化されているので、トナーの流れが乱されてアパチャ毎
にトナー供給量にむらが生じることに起因する画像濃度
のむらが生じることがない。

【００１３】

【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。

【００１４】図１は、本発明の画像形成装置の概要を示
す図であり、また、図４は、本実施例の画像形成装置の
要部を拡大した図である。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。

【００１５】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
４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。

【００１６】前記供給ローラ１２とトナー担持ローラ１
４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。

【００１７】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。

【００１８】そして、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、この帯
電電荷によってトナー担持ローラ１４表面に対して誘起
される鏡像力及びファンデルワールス力等の付着力によ
ってトナー担持ローラ１４上に担持される。

【００１９】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。なお、このトナー層
規制ブレード１８は、前記トナー担持ローラ上に担持さ
れたトナー１６を均一に帯電させるよう、適当な材質を
選択したり、電源の接続などの構成を行ってもよい。

【００２０】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、且つト
ナー担持ローラ１４と対向する面に厚さ１μｍの制御電
極４が各アパチャ６毎に形成され、さらには、この制御
電極４とその配線部を除いた非パターン部のみに施され
たコート層であって、その厚みは制御電極と同じ１μｍ
であるトナー付着性パターン平滑化層５が形成されたも
のである。

【００２１】そして、前記アパチャ電極体１は、図４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１
４に対して圧接されている。

【００２２】前記トナー付着性パターン平滑化層５の材
質は、例えばポリメタクリル酸メチル、エチルセルロー
ス、ポリホルムアルデヒド、ポリアミドなど、公知の帯
電列上で正端近くに位置しているような材質を選択する
ことができる。また、前記トナー担持ローラ１４との摩
擦によってプラスに帯電するよう、前記トナー１６、前
記トナー担持ローラ１４、及びトナー付着性パターン平
滑化層５の材質の組み合わせを選択してもよい。

【００２３】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１４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１４の周面の最上部分
と、トナー担持ローラ１４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１４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。

【００２４】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１４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１４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。

【００２５】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＋５０Ｖの電圧を印加するよ
うに構成されている。

【００２６】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。

【００２７】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及び図４を用いて説明する。

【００２８】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１
６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。そして、トナー担持ローラ１４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】また、アパチャ電極体１のトナー担持ロー
ラ１４に対向する面に設けられたトナー付着性パターン
平滑化層５は、トナー担持ローラ１４との摩擦によっ
て、トナー１６と逆極性のプラスに弱く帯電し、その表
面電位は約８０〜２００Ｖに達するので、制御電極４に
印加する電圧に関わらず、つねに制御電極４の表面から
トナー付着性パターン平滑化層５に負帯電トナー１６が
向かう方向に電界が生じるので、トナー１６は制御電圧
に関わらず制御電極４に付着することはなく、したがっ
て濃度低下や穴詰まりなどの問題を引き起こすことがな
い。

【００３０】また、アパチャ電極体１とトナー担持ロー
ラ１４が摺動する面には、制御電極４およびトナー付着
性パターン平滑化層５が設けられており、これらの間に
は段差がないので、この面に押しつけられながら搬送さ
れてくるトナー１６の層の流れがこのような段差によっ
て遮られて生ずる部分的トナー供給過剰または不足とい
うようなトナー供給ムラが、本発明の画像形成装置にお
いては生ずることはない。

【００３１】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＋
５０Ｖ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１４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。

【００３２】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１
４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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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とトナー担持ローラ１４のト
ナー担持面との間に形成するので、上記のような構成の
アパチャ電極体１を用いた場合、電極間ギャップは担持
されたトナー１６の層の厚さ分だけであり、この狭い間
隙内に存在するトナー１６に直接、制御電界を印加でき
るため、制御効率がよく、小さな制御電圧で所望の制御
電界が得られるので制御電極４に電圧を印加するための
制御電圧印加回路８に備えられたＩＣ等の駆動素子を、
耐圧の低い安価なものを使用することができる。

【００３６】また、アパチャ電極体１とトナー担持ロー
ラ１４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１４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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】また、トナー担持部材の表面上に、適当な
絶縁性スペーサを着接してもよい。これによって、トナ
ー担持部材と制御電極との短絡の防止をより確実にする
と同時に、トナー付着性パターン平滑化層上に付着した
トナーを定期的にはぎ取り、トナー供給手段内のトナー
の循環を補助することができる。

【００４０】図５は、上記のような構成の変形例の画像
形成装置を示す概略図である。

【００４１】トナー担持ローラ１４上には、ガラスビー
ズ等の絶縁性微粒子で構成された絶縁スペーサ１３が形
成されており、トナー切れによりトナー担持ローラ１４
上のトナー層がなくなった場合でもトナー担持ローラ１
４表面と制御電極４との接触による制御電圧の短絡を防
ぎ、かつトナー付着性パターン平滑化層５上に付着して
いるトナー１６を定期的にはぎ取り、このトナー１６を
再び画像形成に供するようにすることができる。

【００４２】この絶縁スペーサ１３は、例えば周知の導
電性接着剤等に絶縁性微粒子を分散したものをトナー担
持ローラ１４上に塗布する等の方法により、前記トナー
担持ローラ１４の表面上に均一に分布して着接されてい
る。

【００４３】

【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、制御電圧に関わらず、つねに制
御電極の表面からトナー付着性パターン平滑化層にトナ
ーが向かう方向に電界が生じるので、トナーは制御電圧
に関わらず制御電極に付着することはなく、したがって
濃度低下や穴詰まりなどの問題を引き起こすことがな
い。

【００４４】また、トナー流制御手段とトナー担持部材
４が摺動する面には、制御電極およびトナー付着性パタ
ーン平滑化層が設けられており、これらの間には段差が
ないので、この面に押しつけられながら搬送されてくる
トナー層の流れがこのような段差によって遮られて生ず
る部分的トナー供給過剰または不足というようなトナー
供給ムラが生じることはない。

【００４５】上記のプロセスにおいて、制御電極による
制御電界は、制御電極とトナー担持部材のトナー担持面
との間に形成するので、上記のような構成のアパチャ電
極体１を用いた場合、電極間ギャップは担持されたトナ
ーの層の厚さ分だけであり、この狭い間隙内に存在する
トナーに直接、制御電界を印加できるため、制御効率が
よく、小さな制御電圧で所望の制御電界が得られるので
制御電極に電圧を印加するためのＩＣ等の駆動素子を、
耐圧の低い安価なものを使用することができる。

【００４６】以上のように、本発明によれば、高いトナ
ー供給効率及び高いトナー制御効率を低い制御電圧で得
ることのできる安価な画像形成装置を提供することがで
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。

【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】本実施例の画像形成装置の要部の構成を示す拡
大図である。

【図５】本発明の変形例の要部の構成を示す拡大図であ
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 ５ トナー付着性パターン平滑化層 ６ アパチャ ８ 制御電圧印加回路 １４ トナー担持ローラ ２２ 背面電極ローラ ２４ 直流電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電したトナーが通過する開口部を備え
   た絶縁性基板と、 その絶縁性基板上に形成され、前記帯電したトナーが開
   口部を通過するのを制御する制御電極と、 前記絶縁性基板上の制御電極が形成されていない部分の
   みに、制御電極の厚みと同じ厚みで形成され、前記トナ
   ーの帯電極性とは逆極性に帯電するよう構成されたトナ
   ー付着性パターン平滑化層とを有するトナー流制御手段
   と、 前記トナーを担持するトナー担持体を有し、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
   を備えたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記トナー担持体と、トナー流制御手段
   の制御電極が形成されている面とが、前記トナーを介し
   て圧接するよう構成したことを特徴とする請求項１記載
   の画像形成装置。