JPH07237315A - 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パターン平滑化
層５が形成され、さらにこれらの上を被覆するように、
絶縁性薄膜コート層７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とを相対
的に移動させて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】以上のような画像形成装置においては、ト
ナー粒子を供給する手段から、空中に霧状に浮遊した状
態のトナー（トナー雲、若しくはトナークラウドと呼ば
れる）をアパチャに供給する方式であったため、トナー
供給量に限界があり、従って高濃度の画像を形成するこ
とや、高速化することが困難であった。

【０００８】この様な問題を解決するために、本出願人
は、トナーをアパチャまで搬送するためのトナー担持部
材と、このトナー担持部材にトナーを供給するためのト
ナー供給部材を用い、トナー担持部材表面に担持された
トナー層をアパチャ電極体に近接、あるいは接触・圧接
してトナーを供給する構成の画像形成装置を、例えば特
願平４−２５４４９４号の願書に添付した明細書及び図
面等で開示している。この画像形成装置においては、開
口を有する絶縁性平板上に制御電極のみを設け、トナー
担持部材の少なくともその表面を導電性としてこの表面
を接地して０Ｖ（ボルト）とし、制御電極と接地された
トナー担持部材表面との間に形成される電界、すなわ
ち、トナー層の両端に直接印加される電界によって、こ
のトナーの飛翔のＯＮ／ＯＦＦを制御する構成となって
いる。

【０００９】ここで、制御電極を形成する部位は、前記
絶縁性平板上の、支持体に対向する面上でもよいし、ト
ナー担持部材に対向する面上でもよい。特に、後者の場
合は、制御電極からトナー担持部材表面までの距離が最
小化できるので、より小さな制御電極印加電圧で印字駆
動を行うことができる。この場合、装置内のトナー量が
少なくなった場合などで、制御電極とトナー担持部材表
面との間で電気的に短絡すると、制御電極を駆動するＩ
Ｃ等の駆動素子が破壊されてしまうので、両者の絶縁を
維持するために適当な絶縁コート層などを制御電極の形
成された面に形成することが通常行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような改良された画像形成装置においても、次のよう
な問題点が生じた。

【００１１】制御電極を前記絶縁性平板の、トナー担持
部材に対向する面上に形成した画像形成装置において
は、制御電極を形成された面にコート層を設けた場合で
も、この制御電極の形成する凹凸に倣ってコート層表面
にも凹凸が形成されてしまうので、この面がトナーを担
持したトナー担持部材表面と接触した場合、この凹凸に
よってトナーの流れが乱され、全てのアパチャに対して
均一なトナー供給を行うことができなかった。しかしな
がら、これを解決するために、十分厚いコート層を形成
すると、トナー担持部材表面と制御電極の間の距離が遠
くなってしまい、制御電極をトナー担持部材と対向する
面に形成するメリットが相殺されてしまっていた。

【００１２】また、制御電極を前記絶縁性平板の、支持
体に対向する面上に形成した場合、及びトナー担持部材
と対向する面に形成した場合の両方においても、フィル
ム状のトナー流制御部材を設置する際、表面に凹凸があ
るので、製造過程中に誤って引っかきなどで配線が断絶
してしまうことがあった。また、トナー流制御部材に張
力を与えてトナー担持部材と圧接する場合において、こ
のトナー流制御部材は、かなり大きな張力で張られた状
態で、ローラ状のトナー担持部材に押し当てられるの
で、制御電極を構成する銅パターンの縁部には直角状の
切り欠きが生じたことになり、これに曲げ応力がかかる
ことによって縁部から剥離してしまう問題が生じた。こ
れらのような問題を解決するためには、トナー流制御部
材のコストが高くならざるを得ず、画像形成装置全体を
安価なものにすることができなくなっていた。

【００１３】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。

【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、トナーを担持するトナー担
持体と、そのトナー担持体に担持されたトナーの流れを
制御するトナー流制御手段とを備えた画像形成装置であ
って、前記トナー流制御手段は、前記トナーが通過する
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、トナーの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、制御
電極間の凹部を平坦化するために設置されたパターン平
滑化層とを有し、更に前記トナー担持体とトナー流制御
手段との少なくとも一方には、制御電極とトナー担持体
とを電気的に絶縁するための絶縁体が形成されているこ
とを特徴とする。

【００１５】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置にお
いては、制御電極を、前記絶縁性基板の、トナー担持体
に対向する面上に形成したとき、この面上は、パターン
平滑化層により平滑で凹凸が存在しないので、この面が
トナーを担持したトナー担持体表面と接触した場合で
も、トナーの流れが乱されることなく、全てのアパチャ
に対して均一なトナー供給を行うことができ、画像にム
ラが生ずることがない。また、制御電極とトナー担持体
との絶縁も保証され、制御電極電圧を駆動する素子を破
壊することがない。

【００１６】また、制御電極を、前記絶縁性基板の、支
持体に対向する面上に形成した場合でも、トナー流制御
手段を設置する際、表面の凹凸がないので、製造過程中
に引っかきなどで配線が断絶してしまうことがなく、ま
たこれに張力を与えてトナー担持部材に圧接する場合
も、表面に切り欠きがないので、張力によって絶縁性基
板と制御電極を構成する銅パターンとが剥離してしまう
ことがない。

【００１７】

【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。

【００１８】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、背面電極としての背面電極ローラ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１
０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２
６が配設されている。

【００１９】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
担持体としてのトナー担持ローラ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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に厚さ１２．５〜７５μｍのポリイミド製の、絶縁性基
板としての絶縁シート２に直径４０〜１００μｍの円形
若しくはこれと同等の面積を有する楕円または長方形断
面を有する複数の、開口部としてのアパチャ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１〜１５μｍ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４と同じ厚みであるパターン平滑化層５が形
成され、制御電極４及びパターン平滑化層５の上を被覆
するように、好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは
１μｍ以下の厚みで形成された、絶縁体および絶縁薄膜
としての絶縁性薄膜コート層７が形成されたものであ
る。

【００２５】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。

【００２６】前記パターン平滑化層５は、熱硬化、若し
くは紫外線硬化の樹脂インク、例えばポリイミドインク
等を用いることができ、このインクをスクリーン印刷、
オフセット印刷、若しくはバーコーターによって前記絶
縁性平板２の制御電極４が形成されている面上に塗布
し、好ましくは、さらに、ゴム製のドクターブレード等
で塗布表面を均し、制御電極４上にはインクがなく、制
御電極と制御電極との間の溝上の部分にのみインクが行
きわたるように塗布するのがよい。

【００２７】また、前記絶縁性薄膜コート層７は、上述
したような樹脂インク、及び、スパッタリングで形成さ
れたＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂等の絶縁性薄膜を用いてもよい。

【００２８】ここにおいて、前記絶縁性薄膜コート層７
の厚さは薄いほどよく、また、後述するように、常にト
ナー１６を介してトナー担持ローラ１４と摺動している
ので、この絶縁性薄膜コート層７は、耐摩耗性のある材
質であるのが望ましい。この意味において、この絶縁性
薄膜コート層７の材質としては、ＳiＯ₂、ＴiＯ₂等のス
パッタ膜、若しくは、ＭoＳ₂等の耐摺動膜とするのがよ
り好ましい。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】また、前記制御電極４とトナー担持ローラ
１４の間には、制御電圧印加手段としての制御電圧印加
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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】また、アパチャ電極体１とトナー担持ロー
ラ１４が摺動する面においては、制御電極４およびトナ
ー付着性パターン平滑化層５が段差がないよう設けられ
ており、さらに、これらの上には絶縁性薄膜コート層７
が形成されているので、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。

【００３６】さらに、トナー１６が不足してきた場合で
も、絶縁性薄膜コート層７が存在することによって、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が絶縁破壊したり、トナー担持ローラ１
４と制御電極４とが短絡して、過電流が流れて制御電圧
印加回路８の制御用ＩＣを破壊するという重大な問題を
引き起こすことがない。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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、電界を形成するギャッ
プは担持されたトナー１６の層と前記絶縁性薄膜コート
層７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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】

【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、制御電極を前記絶縁性基板の、
トナー担持体に対向する面上に形成したとき、この面上
は平滑で凹凸が存在しないので、この面がトナーを担持
したトナー担持体表面と接触した場合でも、トナーの流
れが乱されることなく、全てのアパチャに対して均一な
トナー供給を行うことができ、画像にムラが生ずること
がない。また、制御電極とトナー担持体との絶縁も保証
され、制御電極電圧を駆動する素子を破壊することがな
い。

【００４９】また、制御電極を前記絶縁性基板上の支持
体に対向する面上に形成した場合でも、トナー流制御手
段を設置する際、表面の凹凸がないので、製造過程中に
引っかきなどで配線が断絶してしまうことがなく、また
これに張力を与えてトナー担持体に圧接する場合も、表
面に切り欠きがないので、張力によって絶縁性基板と制
御電極を構成する銅パターンとが剥離してしまうことが
ない。

【００５０】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体のトナー担持面と
の間に形成するので、上記のような構成のトナー流制御
手段を用いた場合、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、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。

【００５１】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示す図であ
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】本発明の他の実施例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 パターン平滑化層 ６ アパチャ ７ 絶縁性薄膜コート層 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーを担持するトナー担持体と、その
   トナー担持体に担持されたトナーの流れを制御するトナ
   ー流制御手段とを備えた画像形成装置において、 前記トナー流制御手段は、 前記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、トナーの開口部を通過す
   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、制御電極
   間の凹部を平坦化するために設置されたパターン平滑化
   層とを有し、 更に前記トナー担持体とトナー流制御手段との少なくと
   も一方には、制御電極とトナー担持体とを電気的に絶縁
   するための絶縁体が形成されている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
   の制御電極側面とが、前記トナーを介して圧接するよう
   構成されてることを特徴とする請求項１に記載の画像形
   成装置。
3. 【請求項３】 前記絶縁体が、トナー流制御手段のパタ
   ーン平坦化層及び前記制御電極を覆うようにコーティン
   グされた絶縁薄膜から構成されていることを特徴とする
   請求項１または２に記載の画像形成装置。