JPH07285237A

JPH07285237A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH07285237A
Application number: JP3492995A
Authority: JP
Inventors: Masataka Maeda; 昌孝前田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1994-02-24
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】トナーが制御電極上に堆積せず、その結果ト
ナーが形成画像を汚すことがない高画質の画像を形成し
得るものを提供すること。【構成】本画像形成装置は、アパチャ電極体１の上側
には、背面電極ローラ２２が回動可能に配設され、また
その下側には、トナー担持ローラ１４が配設されてい
る。アパチャ電極体１は、絶縁シート２にアパチャ６が
１列に形成され、且つ各アパチャ６の上側に制御電極４
が形成されたものである。制御電極４には、制御電圧印
加回路８により、画像信号に基づいて０（ｖ）、もしく
は−１００（ｖ）の電圧が印加され、また、背面電極ロ
ーラ２２には、直流電源２４が接続されている。トナー
担持ローラ１４上のトナーは、背面電極ローラ２２によ
り形成される電界で飛翔し、制御電極４に印加された−
１００（ｖ）の電圧により飛翔が阻止され、それにより
画像形成媒体２０上に画像が形成される。

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画像形成媒体上に画
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、画像形成媒体とアパチャ電極体が
相対的に移動し得るよう画像形成媒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】しかしこの装置によると、トナー粒子がア
パチャーに目詰まりして記録品質が低下すると共に、記
録速度もあまり早くすることができなかった。

【０００５】本出願人は、更に検討を進め、特願平４ー
２５４４９４号の出願において既に出願しているよう
に、トナーを保持した担持体とアパチャ電極体とを接触
させて配置し、またアパチャ電極体上の基準電極をトナ
ー担持体に移し、トナーを基準電極と制御電極間に供給
することにより、記録特性を大きく改善することができ
る画像記録装置も提案している。この装置では、オン時
に制御電極に電圧を印加し担持ローラ上のトナーをアパ
チャを通してアパチャ電極体の画像形成媒体側に引き出
し、さらに画像形成媒体とアパチャ電極体との電界によ
りトナーを画像形成媒体上に導きトナー像を形成する。
オフ時には制御電極に０（ｖ）を印加するか、トナー担
持体上のトナーに担持体方向の静電力を加えるよう逆電
圧を印加する。ここでトナー層とアパチャ電極体が接触
摺動しているので、アパチャが目詰まりすることなく、
また制御電界がトナー層に直接印加されるので制御性が
よく、画像記録装置として小型化、低コスト化が可能と
なった。

【０００６】ここにおいて、前記オフ時とは、画像形成
媒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、画像形成媒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は、オン時に制御電極に印
加した電圧により一部のトナーは画像形成媒体に向かわ
ず制御電極上に堆積し、堆積したトナーが形成画像を汚
す欠点があった。

【０００８】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、制御電極付近にトナーを溜めない
ことによって、画像の汚れをなくし、その結果、高画質
の画像を形成し得る画像形成装置を提供することを目的
としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１に係る発明の画像形成装置は、制御電極を
備えたトナー流制御手段と、前記トナー流制御手段に帯
電したトナーを供給するトナー担持体とを備え、前記ト
ナー担持体よって供給されるトナーのトナー流制御部の
通過を制御して、トナー流制御手段を挟んでトナー担持
体とは反対側で、かつ背面電極との間に配置された画像
形成媒体上に画像を形成する画像形成装置において、前
記トナー担持体から画像形成媒体に向かうトナーの飛翔
が前記背面電極によって形成される電界により生じ、か
つトナーの飛翔が制御電極によって形成される電界によ
り阻止されるように制御電極に制御電圧を印加したこと
を特徴として構成されている。

【００１０】また、請求項２に係る発明の画像形成装置
は、請求項１に係る発明の画像形成装置の構成におい
て、前記トナー担持体とトナー流制御手段との間に制御
電圧印加手段が接続されると共に、トナー担持体と背面
電極との間に背面電極用電源が接続されていることを特
徴として構成されている。

【００１１】さらに、請求項３に係る発明の画像形成装
置は、請求項１に係る発明の画像形成装置の構成におい
て、前記トナー流制御手段は、絶縁シートを挟んで制御
電極と基準電極を備え、その制御電極と基準電極との間
に制御電圧印加手段が接続されると共に、基準電極と背
面電極との間に背面電極用電源が接続されていることを
特徴として構成されている。

【００１２】また、請求項４に係る発明の画像形成装置
は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の画像形成装
置の構成において、前記トナー担持体から画像形成媒体
に向かうトナーの飛翔を生じさせるときには、前記制御
電圧印加手段は、背面電極に印加される背面電圧により
制御電極の位置に生じる電位とトナー担持体の電位との
間の任意の電圧を制御電極に印加し、また前記トナーの
飛翔を阻止するときには、トナーの帯電極性と同じ極性
の制御電圧を制御電極に印加することを特徴として構成
されている。

【００１３】さらに、請求項５に係る発明の画像形成装
は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の画像形成装
置の構成において、置前記トナー担持体から画像形成媒
体に向かうトナーの飛翔を生じさせるときには、前記制
御電圧印加手段は、０（ｖ）を、またそのトナーの飛翔
を阻止するときには、トナーの帯電極性と同じ極性の制
御電圧を制御電極に印加することを特徴として構成され
ている。

【００１４】

【作用】上記の構成を有する請求項１に係る発明の画像
形成装置では、オン時には、トナーが背面電極に印加さ
れた電圧によって形成される電界によって画像形成媒体
方向のみに静電力を加えられ画像形成媒体に向かって飛
翔し、画像を形成する。このとき、制御電極方向に向か
う電界はないので、トナーは制御電極には飛ぶことがな
い。オフ時には、制御電極に電圧を印加してトナーが担
持方向に静電力を受けるよう電界を形成する。このと
き、担持体上のトナーは担持体上にとどまりトナー流は
生じない。

【００１５】また、請求項２に係る発明の画像形成装置
では、請求項１の発明の画像形成装置の作用に加えて、
背面電圧は背面電極用電源により背面電極に印加され、
制御電圧は制御電圧印加手段により制御電極に印加され
る。

【００１６】さらに、請求項３に係る発明の画像形成装
置では、請求項１の発明の画像形成装置の作用に加え
て、背面電圧は背面電極用電源により基準電極と背面電
極間にに印加され、制御電圧は制御電圧印加手段により
基準電極と制御電極間に印加される。

【００１７】また、請求項４に係る発明の画像形成装置
では、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の画像形成
装置の作用に加え、前記トナー担持体から画像形成媒体
に向かうトナーの飛翔を生じさせるときには、前記制御
電圧印加手段は、背面電極に印加される背面電圧により
制御電極の位置に生じる電位とトナー担持体の電位との
間の任意の電圧を制御電極に印加し、また前記トナーの
飛翔を阻止するときには、トナーの帯電極性と同じ極性
の制御電圧を制御電極に印加する。

【００１８】さらに、請求項５に係る発明の画像形成装
置では、請求項１乃至３のいずれかに係る発明の画像形
成装置の作用に加え、前記制御電圧印加手段は、置前記
トナー担持体から画像形成媒体に向かうトナーの飛翔を
生じさせるときには、０（ｖ）を、またそのトナーの飛
翔を阻止するときには、トナーの帯電極性と同じ極性の
制御電圧を制御電極に印加する。

【００１９】

【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。

【００２０】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、０．１ｍｍ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
れる画像形成媒体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
よって搬送される画像形成媒体２０の進行先には定着装
置２６が配設されている。

【００２１】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は金属製で基準電極をなし、ま
た、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。

【００２２】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、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１４に圧接されている。

【００２３】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に２５μｍ厚のポリイミド製の絶縁シート２に直径１０
０μｍの複数のアパチャ６が１列に形成され、且つ各ア
パチャ６の上側に制御電極４が１μｍ厚で形成されたも
のであり、各アパチャ６が本発明のトナー流制御部を構
成する。そして、前記アパチャ電極体１は、図１に示す
ように画像形成媒体２０側に制御電極４を対向させ、絶
縁シート２がアパチャ位置でトナー担持ローラ１４上の
トナー１６と接するように配設されている。

【００２４】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０（ｖ）、もしく
は−１００（ｖ）の電圧を印加するように構成されてい
る。

【００２５】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、背面電極用電源としての直
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＋１５０（ｖ）の電圧を印加し
得るようになっている。

【００２６】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。

【００２７】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、負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るとともに帯電
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、その摩擦力によってアパチャ６内に吹き出
され供給される。

【００２８】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０
（ｖ）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内には、背面電極ローラ２２と基準電極
であるトナー担持ローラ１４の間の電位差により、背面
電極ローラ２２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、負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１
４上からアパチャ６を通過して背面電極ローラ２２に向
かって飛翔し、背面電極ローラ２２の全面に配置されて
いる画像形成媒体２０上に堆積して画素を形成する。

【００２９】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−１００（ｖ）の電圧が印
加される。その結果、アパチャ内には基準電極であるト
ナー担持ローラ１４から制御電極４に向かう電気力線が
形成され、アパチャ内に供給されている負に帯電したト
ナーをトナー担持ローラ１４上に戻す。

【００３０】更には、画像形成媒体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画像形成媒体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によって画像形成媒体２０上に定着さ
れる。

【００３１】上記プロセスをアパチャ電極近傍の電位分
布をもとに更に詳細に検討する。

【００３２】図３は画像部、すなわちオン時に対応する
アパチャ近傍の電位分布を数値計算した結果をしめす。
図３はＹ軸を回転対称軸にとりＲ軸をアパチャ半径方向
にとった回転対称のアパチャ近傍の電位を表している。
電位（ｖ）は図の縦軸であり上方が負、下に向かって正
である。負に帯電したトナーは電位の高い方、すなわち
図の電位面を転がり落ちる方向に静電力を受ける。図３
において制御電極位置からアパチャ中央に向かって電位
面をみると中央部にむかって高く（図では低く）なり、
トナーは紙方向とともにアパチャ中心方向にも静電力を
受けることがわかる。このため、トナーが制御電極近傍
に堆積することはない。図４は非画像部、すなわちオフ
時に対応するアパチャ近傍の電位分布を数値計算した結
果をしめす。図４においても制御電極部の電位が最も低
く（図では高く）、負に帯電したトナーが制御電極に集
まることはない。

【００３３】これに対し図５は従来、オン時に負帯電
トナーに正の電圧を制御電極に印加していた画像形成装
置のアパチャ近傍の電位分布を数値計算した結果をしめ
す。この場合、制御電極位置に電位の山（図では窪み）
があり負に帯電した供給トナーの一部が制御電極方向に
静電力を受け制御電極上に堆積することがわかる。

【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、トナー流制御手段としてのアパチ
ャ電極体１００として、図６に示すように、２５μｍ厚
のポリイミド製の絶縁シート２００に直径１００μｍの
複数のアパチャ６００が１列に形成され、且つ各アパチ
ャ６００の上側に制御電極４００が１μｍ厚で形成さ
れ、また絶縁シート２００の下側に基準電極３００が全
面に亙って形成されたものを使用してもよい。

【００３６】この場合、アパチャ電極体１００は、画像
形成媒体２０側に制御電極４００を対向させ、基準電極
３００が、アパチャ位置でトナー担持ローラ１４上のト
ナー１６とわずかな間隙が生ずるように配設され、ま
た、前記制御電極４００と基準電極３００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、更には、前記背面電極ローラ２２と基準電極３００
との間には、背面電極用電源としての直流電源２４が接
続される。

【００３７】また、トナーは、正に帯電するものを用い
てもよく、この場合、トナーの飛翔を阻止する制御電圧
として、トナーの帯電電極と同じ極性の電圧、即ちプラ
ス１００（ｖ）の電圧を制御電極に印加するようにして
もよい。

【００３８】上記各実施例においては、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、特表平１
ー５０３２２１号公報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】さらに、上記の実施例では、トナー１６を
飛翔させて画像形成媒体に画素を形成する場合に、制御
電極４に０（ｖ）を印加しているが、必ずしも０（ｖ）
に限られない。例えば、図７に示すように、背面電極ロ
ーラ２２への電圧の印加がＣ（ｖ）（Ｃ（ｖ）の極性は
トナー１６の帯電極性と反対とする。）であった場合に
は、制御電極４の位置には、Ｂ（ｖ）の電位が生じる
（Ｂ（ｖ）の極性はＣ（ｖ）の極性と同じである。）
が、この場合には、制御電極４には、０（ｖ）からＢ
（ｖ）までの間の任意の電圧を印加すれば、トナー１６
を飛翔させて画像形成媒体に画素を形成することができ
る。その例としては、図７に示すＤ２（ｖ）やＤ１
（ｖ）などの制御電圧を制御電極に印加すればよい。

【００４０】また、トナーを飛翔させる制御電圧は、ト
ナー担持ローラ１４の電位をＴ（ｖ）とし、制御電極４
に印加する制御電圧をＤ（ｖ）とし、背面電極ローラ２
２に印加する電圧をＣ（ｖ）とし、トナー担持ローラ１
４と制御電極間の距離をＭとし、トナー担持ローラ１４
と背面電極ローラ２２間の距離をＳとすると、それらの
関係は、Ｔ≦Ｄ≦［Ｍ（Ｃ−Ｔ）／Ｓ］＋Ｔという
式に表される。

【００４１】従って、トナー担持体ローラ１４がＴ
（ｖ）の電位である場合には、制御電極４には、上記の
Ｄの範囲の電圧を印加すれば、トナー１６の飛翔により
画像形成媒体に画像を形成することができる。

【００４２】

【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、画像形成時にトナーが制御電極
上に堆積することがなく、その結果トナーが形成画像を
汚すことがない。

【００４３】よって、高画質の画像を形成し得る画像形
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
施例を示す断面図である。

【図２】本発明の一実施例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】本発明の一実施例の画像形成装置のアパチャ近
傍のオン時の電位分布図である。

【図４】本発明の一実施例の画像形成装置のアパチャ近
傍のオフ時の電位分布図である。

【図５】従来の画像形成装置のアパチャ近傍のオン時の
電位分布図である。

【図６】アパチャ電極体の他の実施例を示す斜視図であ
る。

【図７】本発明の一実施例の画像形成装置における背面
電極ローラへの電圧の印加により、トナー担持ローラと
背面電極間に生じる電位分布を示す図である。

【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１４トナー担持ローラ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】制御電極を備えたトナー流制御手段と、
前記トナー流制御手段に帯電したトナーを供給するトナ
ー担持体とを備え、前記トナー担持体よって供給される
トナーのトナー流制御部の通過を制御して、トナー流制
御手段を挟んでトナー担持体とは反対側で、かつ背面電
極との間に配置された支持体上に画像を形成する画像形
成装置において、前記トナー担持体から支持体に向かうトナーの飛翔が前
記背面電極によって形成される電界により生じ、かつト
ナーの飛翔が制御電極によって形成される電界により阻
止されるように制御電極に制御電圧を印加したことを特
徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記トナー担持体とトナー流制御手段と
の間に制御電圧印加手段が接続されると共に、トナー担
持体と背面電極との間に背面電極用電源が接続されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記トナー流制御手段は、絶縁シートを
挟んで制御電極と基準電極を備え、その制御電極と基準
電極との間に制御電圧印加手段が接続されると共に、基
準電極と背面電極との間に背面電極用電源が接続されて
いることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記トナー担持体から画像形成媒体に向
かうトナーの飛翔を生じさせるときには、制御電圧印加
手段は、背面電極に印加される背面電圧により制御電極
の位置に生じる電位とトナー担持体の電位との間の任意
の電圧を制御電極に印加し、また前記トナーの飛翔を阻
止するときには、トナーの帯電極性と同じ極性の制御電
圧を制御電極に印加することを特徴とする請求項１乃至
３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】前記トナー担持体から画像形成媒体に向
かうトナーの飛翔を生じさせるときには、０（ｖ）を、
またそのトナーの飛翔を阻止するときには、トナーの帯
電極性と同じ極性の制御電圧を制御電極に印加すること
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形
成装置。