JPH0740580A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低電圧駆動が可能で、且つ良好な画像記録を
行うことができる画像形成装置を提供すること。 【構成】 本画像形成装置のアパチャ電極１は、絶縁シ
ート２上に形成された制御電極４とアパチャ６により構
成されており、絶縁シート２はトナ−層より大きな比誘
電率を有する材料で出来ている。これにより、制御電極
４とトナ−担持ローラ１４との間に印加される電圧が、
それらの容量比によって分配されるため、トナ−層に有
効に電圧を印加することができ、低電圧駆動時でもトナ
−制御性が向上する。

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
子を供給するトナー供給手段と、支持体とアパチャ電極
体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】

【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、印字時にかぶりが発生
したりして、画像品質の安定性に問題があることがあっ
た。そこで、アパチャ電極体のトナー対向面に配置され
た絶縁摺動膜をきわめて薄くすることにより、電界制御
するための駆動電圧を低減させることで対処していた。
そのため、供給されてきたトナーの運動が十分制御され
ていないときには、電界制御されず機械的な力のみで薄
い絶縁摺動膜を飛び出し、画像上にかぶりとして出現す
るものがあった。この機械的に飛び出すトナーを低減さ
せるためには、絶縁摺動膜を厚くすることが必要である
のだが、単に厚くすると誘電ギャップが広がった形にな
り、制御電圧による電界の強度が十分に上がらないため
に、濃度が上がらなかったり、記録速度に対応できなく
なるなどの問題が発生した。

【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、低電圧駆動が可能で、且つ良好
な画像記録を行うことができ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
に本発明の画像形成装置は、荷電粒子を担持し、それを
供給する担持体と、その担持体と前記荷電粒子を介して
配置され、電界により荷電粒子を直接制御する電界制御
手段と、その電界制御手段と受像体を挟んで配置された
対向電極とを備えるものであり、更には電界制御手段の
少なくとも一部が、前記荷電粒子より大きな比誘電率を
有する高誘電率物質で形成されている。

【００１０】

【作用】上記の構成を有する本発明の画像形成装置は、
電界制御手段の少なくとも一部が、荷電粒子より大きな
比誘電率を有する高誘電率物質で形成されている。これ
により、高誘電率物質で形成される部分を厚くしてもト
ナー層の電界強度を大きくすることができるため、電界
制御性に優れ、且つ機械的にも問題がない電極構成が可
能となり、画像品質も向上する。

【００１１】

【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。

【００１２】図１は、本発明の画像形成装置の概要を示
す図であり、電界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。

【００１３】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
に収納される荷電粒子としてのトナー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。

【００１４】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。

【００１５】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に厚さ２５μｍの絶縁シート２に直径１００μｍ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１４に対し
て圧接されている。

【００１６】この絶縁シート２は、２から３程度の比誘
電率を有するトナーより、少なくとも大きな比誘電率を
有している。この材質としては、フェノール樹脂、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリエステル樹脂、アルキド
樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネイ
ト樹脂、シリコン樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ナイ
ロン、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル、メタクリ
ル酸メチル・スチレン共重合物、アクリロニトリル・ブ
タジエン・スチレン共重合物、ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルホル
マール、ポリビニルブチラール、ビニルカルバゾール、
アセタール樹脂、塩素化ポリエーテル、ポリスルホン、
アセチルセルロース、ニトロセルロース、セルロイド等
の合成樹脂類、また、アルミナ、ベリリア、カルシア、
マグネシア、酸化珪素、トリア、ウラニア、ムライト、
スピネル、フォルステライト、ジルコニア、ジルコン等
の酸化物がある。特に、チタン酸バリウム、チタン酸
鉛、ニオブ酸鉛、ニオブ酸カリウム、タンタル酸カリウ
ム等の酸化物強誘電体や、ポリフッ化ビニリデン、フッ
化ビニリデン−三フッ化エチレン共重合体、シアン化ビ
ニリデン−酢酸ビニル共重合体等の有機強誘電体が、特
に優れた効果を上げることが可能である。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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に擦られつつアパチャ６の下に供給される。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】この時、前記絶縁シート２が、トナ−より
大きな誘電率を有する材料で構成されているため、印加
した電圧がトナ−層側に十分に電圧分配され、トナ−を
直接駆動する有効な制御電界となる。すなわち、トナ−
層にかかる電界強度が、トナ−担持体１４と制御電極４
間に配置される誘電体の容量により電圧分配される。こ
の場合、トナ−層と絶縁シート２がその誘電体に対応
し、誘電体の容量が大きい方がそれらに分配される電圧
は小さくなる。容量は、比誘電率と面積に比例し、厚み
に反比例する。そして本実施例のように、比誘電率をト
ナ−層より大きくすれば、トナ−層に分配される電圧が
高くなり、制御性が向上する。

【００２６】さらに本実施例では、絶縁シートの比誘電
率を大きくすることにより、厚みが比較的大きくても容
量がさほど増えないため、剛性のある電極構造にしなが
ら、電界制御性を向上させることが出来る。そして、従
来低コスト化のために低電圧駆動を行うにあたり、電極
の絶縁シート厚を小さくすることしか手段がなかったた
め、極めて低剛性の電極を使用し、不安定な印字を行っ
てきたが、本実施例により、低電圧化と印字安定性が両
立した記録が可能となる。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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１
６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。

【００３３】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。

【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】図４は、図２に示すアパチャ電極体の構成
の変形例を示す断面図である。尚、上述した実施例と同
様の機能を有する箇所には、同じ図番を付与した。

【００３６】保持部材７上に、制御電極４とアパチャ６
が配置されており、制御電極面にはさらに絶縁摺動膜３
が設けられている。絶縁摺動膜３は、機器に搭載時は、
担持体と接するように配置される。絶縁摺動膜３は、第
１の実施例でも説明した比誘電率が大きな材料で形成さ
れている。保持部材７は、機械的剛性を付与する機能を
持つものであり、フィルムや薄板で出来ている。このよ
うな二層構成にすることにより、更に優れた剛性を有す
るとともに、有効な電圧分配が可能となり、良好な記録
特性が期待できる。

【００３７】また、本実施例では絶縁シートや絶縁摺動
膜をすべて単層構造として記述したが、それに限定され
ることはなく、多層構造にしてその一部に高誘電率部分
を配置してもよい。

【００３８】さらに例えば、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】

【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、電界制御手段の少なくとも一部
を、前記荷電粒子より大きな比誘電率を有する高誘電率
物質で形成したことにより、高誘電率物質で形成される
部分を厚くしても、トナー層の電界強度を大きくするこ
とができるため、電界制御性に優れ、且つ機械的にも問
題がない電極構成とすることが可能になり、画像品質を
向上させることも可能となる。

【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示す図であ
る。

【図４】図２に示すアパチャ電極体の構成の変形例を示
す断面図である。

【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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子を担持し、それを供給する担持
   体と、 その担持体と前記荷電粒子を介して配置され、電界によ
   り荷電粒子を直接制御する電界制御手段と、 その電界制御手段と受像体を挟んで配置された対向電極
   とを備える画像形成装置において、 電界制御手段の少なくとも一部を、前記荷電粒子より大
   きな比誘電率を有する高誘電率物質で形成したことを特
   徴とする画像形成装置。