JPH08142379A - 粉体飛翔記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナー通過孔のトナー目詰まり及びカラー印
字における異色トナーの混色を防止でき、また、トナー
目詰まりが発生しても除去できる画像形成装置を提供す
ることを目的とする。 【構成】 トナー制御ヘッド８の両端には固定ヘッド支
持体２１と可動ヘッド支持体２２が取り付けてあり、固
定ヘッド支持体２１は直接固定端１２に接続されてい
る。可動ヘッド支持体２２はエボナイトを材料とする棒
状であって、バネ２３を介して固定端１２に連結されて
おり、ソレノイド２５によりガイド部材２４に沿って移
動することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現像ローラに付着した
帯電トナーを感光体等を用いることなく、直接記録紙に
電界制御により飛翔させて画像を形成する粉体飛翔記録
方式等を利用したプリンタ、複写機等の粉体飛翔記録装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像形成装置の小型化が望まれる
中、電磁気的にトナーの飛翔を制御して、直接記録紙上
に画像を形成する粉体飛翔記録装置（トナージェットプ
リンタ）は、感光体ドラム等の像担持体を用いる必要が
なく、印字工程も少ないことから次世代の画像形成装置
として期待されている。

【０００３】以下に従来の粉体飛翔記録装置について説
明する。図９は従来の粉体飛翔記録装置の構成図であ
る。トナー１を貯留するトナー貯留槽２の内部には、現
像ローラ３、トナー１を帯電させるためのスポンジロー
ラ４、現像ローラ３上のトナー層厚を整える層厚規制ブ
レード５が備えてあり、トナー貯留槽２にはトナー１を
飛翔させるための開口部６が設けてある。トナー１を担
持し開口部６の位置にトナー１を輸送する現像ローラ３
の右部にはトナー１の飛翔を制御するトナー通過孔７を
備えたトナー制御ヘッド８が備えてある。トナー制御ヘ
ッド８を介して現像ローラ３と対面する位置にトナー通
過孔７を通過したトナー１を記録紙９側に電気的に引き
寄せるための背面電極１０があり、その上面に記録紙９
がセットされている。

【０００４】図１０はトナー制御ヘッド８の周辺の上視
図であり（但し、図１０においては記録紙９は省略され
ている）、トナー制御ヘッド８は現像ローラ３と背面電
極１０の間に、トナー通過孔７の位置が確定するように
固定ヘッド支持体１１により適当な張力が加えられた状
態で固定端１２に固定されている。

【０００５】図２はトナー制御ヘッド８の構成を示す平
面図であり、図３はトナー制御ヘッド８のＡ−Ａ断面図
である。トナー制御ヘッド８は、基準電極１３、制御電
極１４をマトリックス状に配置し、それらを絶縁体１５
で絶縁した構成をもつ。必要とする解像度に応じてすべ
ての層を貫通する複数のトナー通過孔７が配列してあ
る。

【０００６】以上のように構成された従来の粉体飛翔記
録装置について、以下その動作について説明する。トナ
ー１は、バインダ樹脂、顔料、電荷制御剤を混練し、外
添剤を添加した粉末状で、現像ローラ３とスポンジロー
ラ４の間で負に摩擦帯電され、鏡像力、ファンデルワー
ルス力等によって現像ローラ３上に担持され、層厚規制
ブレード５によって現像ローラ３上のトナー層厚が調整
されると共にさらに摩擦帯電され、開口部６まで輸送さ
れる。トナー１の記録紙９への飛翔は、現像ローラ３、
基準電極１３、制御電極１４、背面電極１０に所定電圧
を印加してトナー通過孔７付近の電界をトナー１が通過
できる様な向きにしたり、或いは、逆向きの電界を形成
してトナー１が通過できないようにするトナー通過孔７
の電磁気的開閉によって制御する。

【０００７】この電磁気的開閉は、一般的には、現像ロ
ーラ３と背面電極１０には一定の電位を与えておき、基
準電極１３、制御電極１４に与える電位を変化させるこ
とによって行う。トナー通過孔７が電磁気的に閉じた状
態のときにはトナー１は記録紙９まで飛翔せず、開いた
状態のときのみ、トナー１はトナー通過孔７を通過して
現像ローラ３と背面電極１０間に形成された電気力線に
沿って、記録紙９に付着する。

【０００８】基準電極１３、制御電極１４は画像情報に
応じて信号を生成する制御回路（図示せず）及びその信
号に基づいて電圧を印加する駆動回路（図示せず）に接
続されており、各ドットに対してこのようなトナー通過
孔７の電磁気的開閉制御を行うことにより、記録紙９上
に画像を形成する。カラー印字の場合はこのような動作
をイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックについて順次
行えばよい。

【０００９】この後、記録紙９は搬送ローラ１６により
定着部１７に輸送される。定着部１７には、高輝度ラン
プ１８を内部に有する加熱ローラ１９と、表面に弾性を
有する加圧ローラ２０が設けられている。ここで、記録
紙９上のトナー１が融解して紙の繊維に押し込まれ、印
字が完了する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の粉体
飛翔記録方式は、電子写真技術を用いたレーザプリンタ
などに比べて、感光体ドラム、光学系や転写工程を必要
としないため、部品点数が少数で済み、装置の小型化、
低コスト化等の点で有利である。

【００１１】しかしながら、２４０ｄｐｉの場合を例に
とると、平均粒径１０μｍ程度のトナーが１００μｍ程
度のトナー通過孔を通過することになり、電気的、物理
的な理由等により、トナー通過孔周辺に付着したトナー
がトナー通過孔のトナー目詰まりを引き起こす。

【００１２】トナー目詰まりが発生すると画像が安定し
ないばかりでなく、カラー印字においてはトナー通過孔
周辺の残留トナーの存在によって異色トナー間の混色が
発生し、画像品質の低下を招くという問題点を有してい
た。このような問題は高解像度化のためにトナー通過孔
を小径化するに従ってより深刻になる。

【００１３】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ヘッドに付着したトナーを非印字時に除去すること
により、トナー目詰まりや混色を防止し、また、トナー
目詰まりが発生した場合においてもトナー目詰まりの除
去が可能である画像形成装置を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】これらの問題点を解決す
るために、電磁気的に開閉可能なトナー通過孔を備えた
トナー制御ヘッドと、表面にトナーを担持して開口部の
位置に供給するトナー担持体と、背面電極とをトナー制
御ヘッドを挟んで備え、トナー通過孔を通過したトナー
を記録材料に転移可能に構成した画像形成装置に、トナ
ー制御ヘッドの両端のうち少なくとも一方の位置を面方
向に変位可能な変位部材を付加した構成とした。また、
トナー制御ヘッドの両端のうち少なくとも一方と固定端
の間に、トナー制御ヘッドに張力を与えるための弾性体
を付加してもよい。

【００１５】

【作用】非印字時に、トナー制御ヘッドの両端のうち少
なくとも一方の位置をトナー制御ヘッドの張力を弱める
方向に一時的に移動してトナー制御ヘッドをたわませた
後、残留トナーにトナー制御ヘッド面法線方向の運動量
を与えるに十分な速度で初期状態に戻すことにより、印
字中にヘッド面やトナー通過孔周辺に付着したトナーを
除去する。また、トナー制御ヘッドの両端のうち少なく
とも一方と固定端の間に弾性体を付加しておくと、残留
トナーにより大きな運動量が加わり効果的である。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は本発明の第一実施例に係る
粉体飛翔記録装置の構成図である。トナー制御ヘッド８
周辺以外の構成は従来の粉体飛翔記録装置と同様なの
で、同じ番号を付与して詳細な説明を省略する。トナー
１を飛翔させるための開口部６を設けたトナー貯留槽２
には、現像ローラ３、スポンジローラ４、層厚規制ブレ
ード５を備えてある。現像ローラ３の右部にはトナー通
過孔７を電磁気的に開閉してトナー１の飛翔を制御する
トナー制御ヘッド８があり、トナー通過孔７を通過した
トナー１は背面電極１０上の記録紙９に到達する。

【００１７】トナー制御ヘッド８の構造も従来例と同様
で、図２、図３に示すように基準電極１３、制御電極１
４、絶縁体１５で構成されている。トナー制御ヘッド８
の各電極及び絶縁体１５の材料や厚さは適当な柔軟性を
持ち、また、適当な引っ張り強度を持つように選ぶ。

【００１８】例えば、各電極の素材を銅、絶縁体１５の
素材をポリイミドに選び、基準電極１３の厚さは１７．
５μｍ、制御電極１４は１７．５μｍ、基準電極１３下
面と制御電極１４上面の距離は１２．５μｍ、基準電極
１３上面、制御電極１４下面からそれぞれ１２．５μｍ
の距離まで絶縁体１５で覆われているとする。トナー通
過孔７の直径は１５０μｍで、５００μｍ間隔で、格子
状に配列しているものとする。トナー通過孔７の配列は
任意で、千鳥配列などでもよい。

【００１９】図４は本発明の第一実施例におけるトナー
制御ヘッド８周辺の上視図で、図５はそのトナー制御ヘ
ッド８に垂直な面による断面図である。

【００２０】但し、図４、図５においては記録紙９は省
略されている。トナー制御ヘッド８は現像ローラ３と背
面電極１０の間に位置し、トナー制御ヘッド８の両端に
は固定ヘッド支持体２１、可動ヘッド支持体２２が取り
付けてあり、固定ヘッド支持体２１は、直接固定端１２
に接続されている。

【００２１】可動ヘッド支持体２２はエボナイトを材料
とする棒状であり、バネ２３を介して固定端１２に連結
されている。可動ヘッド支持体２２の周囲には円筒状の
ガイド部材２４が取り付けてあり、矢印Ｂの１方向にし
か移動できない構造になっている。さらに前記ガイド部
材２４にはソレノイド２５が巻き付けてあり、ソレノイ
ド２５に電流を流すことによって可動ヘッド支持体２２
を矢印Ｂ方向に移動できるようになっている。現像ロー
ラ３とトナー制御ヘッド８間、トナー制御ヘッド８と背
面電極１０間の距離は、例えば２００μｍ、３００μｍ
に設定する。

【００２２】以上のように構成された粉体飛翔記録装置
の動作を説明する。トナー１は、スチレンアクリル系ま
たはポリエステル系のバインダ樹脂、顔料のカーボンブ
ラック、電荷制御剤のＣＣＡを混練し、外添剤としてシ
リカを添加したものである。

【００２３】トナー貯留槽２に収容されたトナー１は、
現像ローラ３とスポンジローラ４の間で負に摩擦帯電さ
れる。現像ローラ３の表面は導電性材料で形成されてお
り、摩擦帯電されたトナー１は、現像ローラ３に対する
鏡像力、ファンデルワールス力等によって現像ローラ３
表面に付着した状態で、開口部６まで搬送される。

【００２４】現像ローラ３と背面電極１０に所定電位を
与えてトナー１を飛翔させ、トナー制御ヘッド８の基準
電極１３、制御電極１４に与える電位を画像信号に応じ
て変化させることによりトナー１の飛翔を制御する。

【００２５】例えば、現像ローラ３の電位を０Ｖ、背面
電極１０の電位を１０００Ｖとする。トナー通過孔７を
電磁気的に開く時は基準電極１３を２００Ｖ、制御電極
１４を５００Ｖとし、閉じるときには、基準電極１３を
５００Ｖ、制御電極１４を２００Ｖに設定する。

【００２６】トナー制御ヘッド８の動作について説明す
る。図６（ａ）〜（ｃ）はトナー制御ヘッド８上の残留
トナー２６除去の様子を示した図である。但し、可動ヘ
ッド支持体２２については断面図で示してある。印字を
行っている間は、可動ヘッド支持体２２は図６（ａ）に
示すような位置にあり、この時、平面性を確保してトナ
ー通過孔７の位置を確定するために、トナー制御ヘッド
８にはバネ２３によって張力を与えられている。

【００２７】この状態で１サイクルの印字を行った後、
まず、ソレノイド２５によって可動ヘッド支持体２２を
図６（ｂ）に示すような位置に移動してトナー制御ヘッ
ド８をたわませた後、バネ２３の復元力によって可動ヘ
ッド支持体２２を図６（ｃ）に示すように元の位置に戻
す。

【００２８】この動作により、トナー制御ヘッド８上の
残留トナー２６はトナー制御ヘッド８にたわみが生じる
とともに矢印Ｃ方向に移動し、トナー制御ヘッド８が元
の状態に戻る過程で残留トナー２６はトナー制御ヘッド
８面法線方向の運動量を得て、図６（ｃ）のようにその
ままトナー通過孔７から飛翔し、残留トナー２６が除去
されることになる。

【００２９】但し、残留トナー２６にトナー制御ヘッド
８面法線方向の運動量を与えるに十分な速度で可動ヘッ
ド支持体２２を元の位置に戻す必要がある。また、トナ
ー通過孔７の位置が元の位置を再現するためにトナー制
御ヘッド８には十分な張力を与えておかなければならな
い。

【００３０】このようなトナー制御ヘッド８のクリーニ
ングを行った後、次の印字を再開する。トナー像が形成
された記録紙９は、搬送ローラ１６により定着部１７に
輸送され定着が行われて印字が完了する。

【００３１】（実施例２）トナー制御ヘッド８周辺以外
の構成は第一実施例と同じであるので、同じ番号を付与
し、詳細な説明は省略する。図７は本発明の第二実施例
の粉体飛翔記録装置のトナー制御ヘッド８周辺の上視図
で、図８はその断面図である。但し、図７、図８におい
ては記録紙９は省略されている。第一実施例と同様、ト
ナー制御ヘッド８は現像ローラ３と背面電極１０の間に
位置し、トナー制御ヘッド８の両端には固定ヘッド支持
体２１、可動ヘッド支持体２２が取り付けてあり、固定
ヘッド支持体２１は直接固定端１２に接続されている。
可動ヘッド支持体２２は圧電素子２７を介して固定端１
２に連結されており、可動ヘッド支持体２２の周囲には
円筒状のガイド部材２４が取り付けてある。

【００３２】圧電素子２７への印加電圧がゼロの状態で
１サイクルの印字を行った後、圧電素子２７に所定電圧
を印加して第一実施例と同様、トナー制御ヘッド８にた
わみが生じるように可動ヘッド支持体２２を移動させた
後、再び印加電圧をゼロとし、可動ヘッド支持体２２を
元の位置に復帰させる。

【００３３】この動作を十分な速度で行うことによっ
て、第一実施例と同様にトナー制御ヘッド８上の残留ト
ナー２６はトナー制御ヘッド８面法線方向の運動量を得
て、トナー通過孔７から飛翔し、残留トナー２６が除去
されることになる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明によると、トナー制
御ヘッドの両端のうち少なくとも一方を面方向に可動と
し、非印字時に面方向の運動をトナー制御ヘッドのたわ
みを利用して法線方向の運動に変換して、トナー制御ヘ
ッド上の残留トナーをクリーニングすることにより、ト
ナー目詰まりを防ぐことができ、また、トナー目詰まり
が発生した場合でもそれを除去することができる。

【００３５】このことにより、安定した画像が得られ、
カラー印字においてはトナー通過孔周辺の残留トナーの
存在による異色トナー間の混色も防止できる。また、ト
ナー目詰まりの問題が軽減されるため、トナー通過孔を
小径化による高解像度化も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例に係る粉体飛翔記録装置の
構成図

【図２】トナー制御ヘッドの構成を示す平面図

【図３】トナー制御ヘッドの構成を示す断面図

【図４】本発明の第一実施例の粉体飛翔記録装置のトナ
ー制御ヘッド周辺の上視図

【図５】本発明の第一実施例の粉体飛翔記録装置のトナ
ー制御ヘッド周辺の断面図

【図６】（ａ）印字後にトナー制御ヘッドにトナーが残
留している状態を示す図 （ｂ）トナー制御ヘッドがたわんだ状態を示す図 （ｃ）トナー制御ヘッドから残留トナーが飛翔する様子
を示す図

【図７】本発明の第二実施例の粉体飛翔記録装置のトナ
ー制御ヘッド周辺の上視図

【図８】本発明の第二実施例の粉体飛翔記録装置のトナ
ー制御ヘッド周辺の断面図

【図９】従来の粉体飛翔記録装置の構成図

【図１０】従来の粉体飛翔記録装置におけるトナー制御
ヘッドの周辺の上視図

【符号の説明】

１ トナー ２ トナー貯留槽 ３ 現像ローラ ４ スポンジローラ ５ 層厚規制ブレード ６ 開口部 ７ トナー通過孔 ８ トナー制御ヘッド ９ 記録紙 １０ 背面電極 １１ 固定ヘッド支持体 １２ 固定端 １３ 基準電極 １４ 制御電極 １５ 絶縁体 １６ 搬送ローラ １７ 定着部 １８ 高輝度ランプ １９ 加熱ローラ ２０ 加圧ローラ ２１ 固定ヘッド支持体 ２２ 可動ヘッド支持体 ２３ バネ ２４ ガイド部材 ２５ ソレノイド ２６ 残留トナー ２７ 圧電素子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電磁気的に開閉可能なトナー通過孔を備え
   たトナー制御ヘッドと、表面にトナーを担持してトナー
   制御ヘッドの位置に供給するトナー担持体と、背面電極
   とをトナー制御ヘッドを挟んで備え、トナー通過孔を通
   過したトナーを記録材料に転移可能に構成した画像形成
   装置において、トナー制御ヘッドの両端のうち少なくと
   も一方の位置を変位させる機構を備えたことを特徴とす
   る粉体飛翔記録装置。
2. 【請求項２】トナー制御ヘッドの両端のうち少なくとも
   一方の位置をトナー制御ヘッドの張力を弱める方向に一
   時的に変位させた後、再び元の位置に復帰できる機構を
   備えたことを特徴とする請求項１記載の粉体飛翔記録装
   置。
3. 【請求項３】トナー制御ヘッドの両端のうち少なくとも
   一方の位置を変位させる手段として圧電素子を用いたこ
   とを特徴とする請求項２記載の粉体飛翔記録装置。
4. 【請求項４】トナー制御ヘッドの両端のうち少なくとも
   一方の位置を変位させる手段としてソレノイドを用いた
   ことを特徴とする請求項２記載の粉体飛翔記録装置。
5. 【請求項５】トナー制御ヘッドの両端のうち少なくとも
   一方と固定端とを弾性体を介して支持することによりト
   ナー制御ヘッドに張力を与え、トナー制御ヘッドの両端
   のうち少なくとも一方の位置をトナー制御ヘッドの張力
   を弱める方向に一時的に変位させた後、弾性体の復元力
   を利用して元の位置に復帰できる機構を備えたことを特
   徴とする請求項２記載の粉体飛翔記録装置。
6. 【請求項６】トナー制御ヘッドに張力を加える弾性体と
   してバネを用いたことを特徴とする請求項５記載の粉体
   飛翔記録装置。