JPH08142394A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アパチャ電極体に振動付与手段を設け、トナ
ーの飛翔性を高める。 【構成】 複数の開口部４２及び制御電極４３を設けた
アパチャ電極体４０の下方に前記開口部４２にトナー３
を搬送するトナー搬送ローラー３３を設け、アパチャ電
極体４０の上方には、所定の用紙搬送間隙をおいて、背
面電極ローラー５０とを設けている。前記アパチャ電極
体４０のトナー搬送ローラー３３に対抗する面の開口部
４２の近傍のトナー搬送方向上流側には、多数のピエゾ
素子４６が複数の開口部４２と平行に設けられ、各ピエ
ゾ素子４６はピエゾ素子駆動回路６５により制御され
て、トナー搬送ローラー３３により搬送されるトナー３
に振動を付与する。

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、フ
ァクシミリ、プロッター等に適用可能な画像形成装置で
あって、アパチャ電極体に形成した複数の開口部の制御
電極の電圧を制御して、開口部を通ったトナーを記録媒
体に付着させて記録する画像形成装置に関し、特に制御
電極の近傍でトナーに振動を付加してトナーの飛翔を促
進するようにしたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、絶縁性シートに画像記録媒体の搬
送方向と直交方向に列設された複数の開口部とこれら開
口部の近傍に位置する複数の制御電極からなる電極アレ
イとを形成してなるアパチャ電極体と、アパチャ電極体
の電極アレイにトナーを供給するトナー供給機構と、ア
パチャ電極体の電極アレイに対して画像記録媒体の搬送
隙間を隔てて近接状に対向する背面電極と、画像信号に
基づいて電極アレイの複数の制御電極に印加する駆動電
圧を個別に制御する制御ユニットとを設け、制御ユニッ
トにより、画像信号に基づいて、電極駆動回路を介し
て、各制御電極へ印加する駆動電圧を制御し、制御電極
とトナー搬送ローラー間の電界と、制御電極と背面電極
間の電界を介して、トナー搬送ローラーの表面のトナー
を開口部を通過させて画像記録媒体（用紙）に記録する
ように構成した静電記録方式の画像形成装置が、種々提
案されている（例えば、特開平２−２９７５７０号、特
開平６−１５５７９８号公報参照）。

【０００３】この種の画像形成装置においては、通常、
前記複数の開口部は、直径６５〜１００μｍの大きさの
微小開口部であり、トナー供給機構は、トナー搬送ロー
ラーの周面にマイナスに帯電したトナーを付着させて搬
送するように構成され、背面電極に約１０００Ｖを印加
しておき、制御電極に、画素形成の有無に応じて＋３０
Ｖ又は−３０Ｖを印加しするように構成してある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、トナー
はトナー搬送ローラーの表面に静電気力で強力に付着し
ており、トナーの帯電量にもバラツキがあるため、制御
電極に＋３０Ｖの駆動電圧を印加して画素形成動作させ
ても、１画素列における複数の制御電極において、画素
を形成するのに十分な量のトナーが飛翔せず、画像品質
が低下する場合がある。そこで、制御電極に印加する駆
動電圧を極力高く設定することが望ましいけれども、駆
動電圧を４０Ｖ以上にも高く設定する場合には、ＩＣチ
ップからなる電極駆動回路として、低価格の汎用ＩＣチ
ップを適用できなくなるという問題がある。本発明の目
的は、制御電極への駆動電圧を高めることなくトナーの
飛翔性を高め得る画像形成装置、各制御電極の画素形成
動作と同期するようにトナーの飛翔性を高め得る画像形
成装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の画像形成装置
は、絶縁性シートに画像記録媒体の搬送方向と直交方向
に列設された複数の開口部とこれら開口部の近傍に位置
する複数の制御電極からなる電極アレイとを形成したア
パチャ電極体と、アパチャ電極体の電極アレイにトナー
を供給するトナー供給機構と、アパチャ電極体の電極ア
レイに対して画像記録媒体の搬送隙間を隔てて近接状に
対向する背面電極と、画像信号に基づいて電極アレイの
複数の制御電極に印加する駆動電圧を個別に制御する電
極制御手段とを備えた画像形成装置において、前記アパ
チャ電極体のうちの電極アレイのトナー搬送方向上流側
近傍部位に振動を付加する振動付加手段を、アパチャ電
極体に設けたものである。

【０００６】請求項２の画像形成装置は、請求項１の発
明において、前記振動付加手段は、複数の制御電極に夫
々対応する複数のピエゾ素子であって、その各々が対応
する制御電極のトナー搬送方向上流側近傍部位に設けら
れた複数のピエゾ素子を備えたものである。

【０００７】請求項３の画像形成装置は、請求項２の発
明において、前記振動付加手段は、各ピエゾ素子が対応
する制御電極の画素形成動作と同期作動するように、複
数のピエゾ素子を制御するピエゾ素子制御手段を備えた
ものである。

【０００８】

【作用】請求項１の画像形成装置においては、アパチャ
電極体は、絶縁性シートに複数の開口部とこれら開口部
の近傍に位置する複数の制御電極からなる電極アレイと
を形成してなり、背面電極は電極アレイに対して画像記
録媒体の搬送隙間を隔てて近接状に対向し、トナー供給
機構により電極アレイにトナーが供給され、電極制御手
段により、画像信号に基づいて電極アレイの複数の制御
電極に印加する駆動電圧を個別に制御することで、制御
電極とトナー供給機構間の電界と、制御電極と背面電極
間の電界とを介して、トナーを飛翔させて画像が記録さ
れる。

【０００９】ここで、アパチャ電極体に設けられた振動
付加手段が、アパチャ電極体のうちの電極アレイのトナ
ー搬送方向上流側近傍部位に振動を付加するため、その
振動がトナーに伝播し、トナーのトナー供給機構からの
離脱と飛翔が促進されるから、画素形成動作する制御電
極に向かって飛翔するトナーの飛翔性が向上する。それ
故、制御電極への駆動電圧を高めることなくトナーの離
脱性と飛翔性を高めて、画像の画像品質を高めることが
できる。

【００１０】請求項２の画像形成装置においては、請求
項１と同様の作用を奏するが、前記振動付加手段は、複
数の制御電極に夫々対応する複数のピエゾ素子であっ
て、その各々が対応する制御電極のトナー搬送方向上流
側近傍部位に設けられた複数のピエゾ素子を備えている
ため、これら複数のピエゾ素子を作動させて、複数の制
御電極のトナー搬送方向上流側近傍部位に振動を付加す
ることができる。但し、ピエゾ素子で付加する振動は、
アパチャ電極体の厚さ方向向きの振動でもよいし、アパ
チャ電極体と平行方向向きの振動でもよい。

【００１１】請求項３の画像形成装置においては、請求
項２と同様の作用を奏するが、前記振動付加手段に設け
られたピエゾ素子制御手段は、各ピエゾ素子が対応する
制御電極の画素形成動作と同期作動するように、複数の
ピエゾ素子を制御する。従って、画素形成動作する制御
電極、つまり、制御電極とトナー搬送機構間に画素形成
用の電界を発生させる制御電極に対応するピエゾ素子だ
けを作動させることができる。これにより、離脱する必
要のないトナーに振動が付加されるのを防止して、画像
品質を一層高めることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面に基いて
説明する。図１に示すように、画像形成装置１は、複写
機、プリンタ、ファクシミリ、プロッター等に適用可能
な画像記録装置であり、この画像形成装置１は、その本
体フレーム２内に、用紙Ｐ（画像記録媒体）を搬送する
用紙搬送機構１０と、定着機構２０と、所定量のトナー
３と、トナー供給機構３０と、このトナー供給機構３０
のトナーケース３１の上端に付設されたアパチャ電極体
４０と、このアパチャ電極体４０との間に用紙搬送隙間
を隔てて配設された背面電極ローラー５０とを設けたも
のである。

【００１３】前記用紙搬送機構１０は、搬送される用紙
Ｐを支持する複数のガイドプレート１２〜１４と、複数
の搬送用ローラー１５，１６と、搬送用ローラー１５，
１６と定着機構２０の間において用紙Ｐの幅方向両端部
数ｍｍ程の部分を支持して搬送する搬送用ローラー（図
示略）と、用紙カセット１１内の用紙を１枚ずつ給紙す
る給紙ローラー（図示略）と、用紙搬送機構１０を駆動
するローラー駆動機構（図示略）等で構成され、本体フ
レーム２の前側には、多数の用紙Ｐを収納した給紙カセ
ット１１が設けられ、本体フレーム２の後側には、記録
されて排出された用紙Ｐを受ける排紙トレイ１９が設け
られている。定着機構２０は、ハロゲンランプを内蔵し
た定着用ローラー１７と押圧ローラー１８とからなり、
用紙Ｐの下面に記録されたトナー３を加熱しつつ押圧し
て用紙Ｐに定着させるものである。

【００１４】次に、トナー供給機構３０について説明す
ると、用紙搬送方向（前方から後方向き）に直交する方
向に、用紙Ｐの最大幅より広幅のトナーケース３１内に
は、電気絶縁性を有するトナー３が収納されている。ト
ナーケース３１の内部には、トナー供給ローラー３２
と、トナー搬送ローラー３３とが左右方向向きに水平に
配設され、これらローラー３２，３３は、夫々回転可能
に枢支されている。トナー供給ローラー３２は、シリコ
ン発泡体で構成されており、このトナー供給ローラー３
２は、トナー３をトナー搬送ローラー３３の方へ移送し
且つトナー３との摩擦接触を介してトナー３をマイナス
極性に帯電させる。

【００１５】トナー搬送ローラー３３は、絶縁材料から
なる合成樹脂発泡体製のローラー本体部の外周に、ニッ
ケル製のスリーブを外嵌した構造であり、このトナー搬
送ローラー３３の表面に静電気力で付着したトナー３
が、矢印Ａ方向へ搬送される。これらトナー供給ローラ
ー３２とトナー搬送ローラー３３とは、図示外のローラ
ー駆動機構により、矢印Ｂ方向及び矢印Ａ方向へ回転駆
動される。尚、トナー搬送ローラー３３の全周面には、
合成樹脂製絶縁被膜又は半導電性被膜を形成する場合も
ある。前記トナーケース３１には、薄い板状の弾性を有
する絶縁材料製のトナー規制ブレード３４が取付けら
れ、その湾曲状部分がトナー搬送ローラー３３に押圧状
に接触しており、トナー搬送ローラー３３の表面に層状
に付着したトナー３の層厚が、このトナー規制ブレード
３４で所定厚さ（約40〜50μｍ）に規制される。

【００１６】トナーケース３１の上端部には、トナーケ
ース３１の上端の開口部分を覆うように且つトナー搬送
ローラー３３の上端部に層状のトナー３を介して上側か
ら接触するように、ほぼ屋根型に傾斜したアパチャ電極
体４０が取付けられている。このアパチャ電極体４０に
ついて説明すると、図３、図４に示すように、アパチャ
電極体４０は、合成樹脂（例えば、ポリイミド）製の厚
さ２５μｍの絶縁性シート４１と、多数の微小な開口部
４２と、絶縁性シート４１の表面において多数の開口部
４２の外周部に夫々形成された多数の環状の制御電極４
３からなる電極アレイ４４と、これら多数の制御電極４
３から夫々所定方向へ延びる多数の導線４５と、多数の
制御電極４３に夫々対応する多数のピエゾ素子４６等で
構成されている。但し、絶縁性シート４１のうちの、制
御電極４３及び導線４５の反対側の表面を覆う絶縁被膜
（但し、開口部４２の部分を除く）と、その絶縁被膜の
表面を覆う半導電性被膜とを形成する場合もある。

【００１７】前記絶縁性シート４１の前後方向の略中央
部の位置には、多数の開口部４２が、用紙Ｐの搬送方向
と直交する水平方向へ所定の微小間隔おきに１列状に形
成され、絶縁性シート４１の表面には、各開口部４２の
外周を囲繞する銅被膜製の環状の制御電極４３と制御電
極４３から一体的に延びる銅被膜製の導線４５とが形成
されている。前記開口部４２の直径は例えば６５μｍ
で、開口部４２間のピッチは約１２７μｍであり、例え
ば、Ａ４版用紙を対象とする場合には、開口部４２の数
（つまり、制御電極４３の数）は、約１７００個であ
る。

【００１８】前記多数のピエゾ素子４６について説明す
ると、図２、図４に示すように、多数のピエゾ素子４６
は、その各々が対応する制御電極４３のトナー搬送方向
上流側近傍部位に位置するように、絶縁製シート４１の
うちの制御電極４３及び導線４５と反対側の表面に僅か
に突出状に形成され、これら多数のピエゾ素子４６に
は、導線４７が接続されている。アパチャ電極体４０
は、トナー搬送ローラー３３の周面に付着して搬送され
るトナー３の層の表面に接触する状態に配設されるの
で、これらピエゾ素子４６は、トナー搬送ローラー３３
の周面のトナー３に接触しており、ピエゾ素子４６の振
動方向は、上下方向となるように構成され、各ピエゾ素
子４６で発生した振動は、そのピエゾ素子４６の近傍の
絶縁製シート４１の部分と、そのピエゾ素子４６に接触
しているトナー３に伝播する。

【００１９】一方、図１、図２に示すように、アパチャ
電極体４０の直ぐ上側には、用紙Ｐを搬送する搬送隙間
を隔てて背面電極ローラー５０（これが背面電極に相当
する）が配設され、この背面電極ローラー５０は、その
支軸５０ａを介して本体フレーム２に回転可能に枢支さ
れ、図示外のローラ駆動機構により記録用紙Ｐの搬送と
同期して矢印Ｃの方向へ回転駆動される。用紙Ｐは、こ
の背面電極ローラー５０の下端部に接しながら搬送方向
に搬送され、この用紙Ｐの下面には、搬送中に制御電極
４３に印加される駆動電圧に応じてトナー搬送ローラー
３３の表面から飛翔し開口部４２を通過したトナー３が
付着する。

【００２０】次に、画像形成装置１の制御系について簡
単に説明すると、図２に示すように、背面電極ローラー
５０には、電源回路６１により、約＋１０００Ｖの高電
圧が常に印加され、マイナスに帯電されたトナー３を大
きな静電気力で背面電極ローラー５０に引き付けるよう
になっている。一方、外部から画像信号を受信する制御
ユニット６０と、電源回路６２と、電極駆動回路６３
と、ピエゾ素子４６を駆動するピエゾ素子駆動回路６５
とが設けられ、制御ユニット６０により、画像信号に基
づいて、電極駆動回路６３を介して多数の制御電極４３
に印加する駆動電圧を制御するとともにピエゾ素子駆動
回路６５を介して多数のピエゾ素子４６を制御するよう
に構成してある。尚、両電源回路６１，６２は、制御ユ
ニット６０からの起動指令により起動し、停止指令によ
り作動停止するように構成してある。

【００２１】即ち、アパチャ電極体４０の多数の導線４
５は、多数本の信号線からなる制御線６４を介して電極
駆動回路６３に接続され、この電極駆動回路６３には、
電源回路６２から＋３０Ｖと−３０Ｖの２種類の駆動電
圧が供給される。制御ユニット６０は、多数の制御電極
４２の為の画像信号に応じた制御信号を電極駆動回路６
３に同時に出力し、電極駆動回路６３は、画素を記録す
る各制御電極４２には＋３０Ｖの駆動電圧を制御線６４
を介して出力し、画素を記録しない各制御電極４２には
−３０Ｖの駆動電圧を制御線６４を介して出力する。

【００２２】ピエゾ素子駆動回路６５は、例えば−３０
Ｖ〜＋３０Ｖの範囲の１ＫＨｚの交流を発生する交流発
生回路と多数のスイッチング素子とを有し、多数のピエ
ゾ素子４６の導線４７は、ピエゾ素子駆動回路６５に接
続されている。ピエゾ素子駆動回路６５は、制御ユニッ
ト６０から画像信号に応じた制御信号を受けて、各ピエ
ゾ素子４６が対応する制御電極４３の画素形成動作と同
期作動するように、多数のピエゾ素子４６を駆動制御す
る。

【００２３】次に、以上説明した画像形成装置１の画像
形成動作と、画像形成装置１の作用について説明する。
図２に示すように、マイナス極性に帯電したトナー３
は、トナー搬送ローラー３３の周面に付着した状態で、
電極アレイ４４の方へ搬送され、制御電極４３に＋３０
Ｖが印加されると、トナー３は制御電極４３からトナー
搬送ローラー３３へ向かう電界から静電気力を受け、開
口部４２を通過して制御電極４３の方へ飛翔し、更に背
面電極ローラー５０から制御電極４３へ向かう強力な電
界から静電気力を受けて背面電極ローラー５０の方ヘ飛
翔し、用紙Ｐに衝突して付着し、その後定着機構２０に
より用紙Ｐに定着される。

【００２４】ここで、画素形成動作する制御電極４３
（＋３０Ｖが印加された制御電極４３）に対応するピエ
ゾ素子４６、つまり、画素形成動作する制御電極４３の
トナー搬送方向上流側近傍にあるピエゾ素子４６が作動
して振動するため、その振動するピエゾ素子４６及びア
パチャ電極体４０の部分に接触しているトナー３にも振
動が伝播し、凝集状態のトナー３が解きほぐされ、トナ
ー搬送ローラー３３から離脱しやい状態となって離脱と
飛翔が促進され、そこに制御電極４３からトナー搬送ロ
ーラー３３へ向かう電界が作用するため、振動中のトナ
ー３は確実に背面電極ローラー５０の方へ飛翔して記録
されることになる。尚、ピエゾ素子４６が絶縁性シート
４１の下面から僅かに突出しているため、この突出によ
ってもトナー３が解きほぐされる。

【００２５】一方、画素形成動作しない制御電極４３
（−３０Ｖが印加された制御電極４３）に対応するピエ
ゾ素子４６は作動しないため、その制御電極４３に対応
するトナー３は振動せず、トナー搬送ローラー３３に付
着したまま、電極アレイ４４を通過していく。このよう
に、多数の制御電極４３に夫々対応する多数のピエゾ素
子４６を制御電極４３の近傍部位に設け、各ピエゾ素子
４６が対応する制御電極４３の画素形成動作と同期作動
するように、多数のピエゾ素子４６を駆動制御すること
で、トナー３の離脱性と飛翔性とを高め、画像を記録す
る際の安定性を高め、画像の品質を高めることができ
る。しかも、トナー３の離脱性と飛翔性を高め得るた
め、電極駆動回路６３として、低価格の汎用集積回路を
適用できる。

【００２６】尚、前記多数のピエゾ素子４６と、制御ユ
ニット６０と、ピエゾ素子駆動回路６５とが振動付加手
段に相当するものである。そして、前記ピエゾ素子４６
の振動方向は、アパチャ電極体４０の絶縁性シート４１
の厚さ方向に限定されるものではなく、絶縁性シート４
１と平行方向（電極アレイ４４の配列方向又はこの配列
方向と直交する方向）に振動させるように構成してもよ
く、この場合は振動振幅を大きくすることができる。
尚、前記ピエゾ素子４６の代わりに、磁歪素子を適用す
ることもできる。また、用紙Ｐを鉛直方向に搬送する型
式の画像形成装置にも本発明を同様に適用できる。ま
た、単色の画像形成装置以外にカラー画像を形成する画
像形成装置にも本発明を同様に適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の画像形成装置においては、ア
パチャ電極体のうちの電極アレイのトナー搬送方向上流
側近傍部位に振動を付加する振動付加手段をアパチャ電
極体に設けたことにより、アパチャ電極体及び振動付加
手段からトナーに振動を伝播して、トナーのトナー供給
機構からの離脱と飛翔を促進し、画素形成動作する制御
電極に向かって飛翔するトナーの離脱性と飛翔性を向上
させることができる。それ故、制御電極への駆動電圧を
高めることなくトナーの飛翔性を高めて、画像の画像品
質を高めることができる。

【００２８】請求項２の画像形成装置においては、請求
項１と同様の効果を奏するが、前記振動付加手段は、複
数の制御電極に夫々対応する複数のピエゾ素子であっ
て、その各々が対応する制御電極のトナー搬送方向上流
側近傍部位に設けられた複数のピエゾ素子を備えている
ため、これら複数のピエゾ素子を作動させて、複数の制
御電極のトナー搬送方向上流側近傍部位に振動を付加す
ることができる。

【００２９】請求項３の画像形成装置においては、請求
項２と同様の効果を奏するが、前記振動付加手段に、各
ピエゾ素子が対応する制御電極の画素形成動作と同期作
動するように、複数のピエゾ素子を制御するピエゾ素子
制御手段を設けたので、画素形成動作する制御電極、つ
まり、制御電極とトナー搬送機構間に画素形成用の電界
を発生させる制御電極に対応するピエゾ素子だけを作動
させることができる。こうして、離脱する必要のないト
ナーに振動が付加されるのを防止して、画像品質を一層
高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る画像形成装置の一部縦断
側面図である。

【図２】図１の画像形成装置の要部拡大断面図である。

【図３】前記画像形成装置のアパチャ電極体を制御電極
側から視た部分斜視図である。

【図４】前記画像形成装置のアパチャ電極体をピエゾ素
子側から視た部分斜視図である。

【符号の説明】

１ 画像形成装置 ３０ トナー供給機構 ４０ アパチャ電極体 ４１ 絶縁性シート ４２ 開口部 ４３ 制御電極 ４４ 電極アレイ ４６ ピエゾ素子 ６０ 制御ユニット ６１ 電源回路 ６２ 電源回路 ６３ 電極駆動回路 ６５ ピエゾ素子駆動回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性シートに画像記録媒体の搬送方向
   と直交方向に列設された複数の開口部とこれら開口部の
   近傍に位置する複数の制御電極からなる電極アレイとを
   形成したアパチャ電極体と、アパチャ電極体の電極アレ
   イにトナーを供給するトナー供給機構と、アパチャ電極
   体の電極アレイに対して画像記録媒体の搬送隙間を隔て
   て近接状に対向する背面電極と、画像信号に基づいて電
   極アレイの複数の制御電極に印加する駆動電圧を個別に
   制御する電極制御手段とを備えた画像形成装置におい
   て、 前記アパチャ電極体のうちの電極アレイのトナー搬送方
   向上流側近傍部位に振動を付加する振動付加手段を、ア
   パチャ電極体に設けたことを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記振動付加手段は、複数の制御電極に
   夫々対応する複数のピエゾ素子であって、その各々が対
   応する制御電極のトナー搬送方向上流側近傍部位に設け
   られた複数のピエゾ素子を備えた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】 前記振動付加手段は、各ピエゾ素子が対
   応する制御電極の画素形成動作と同期作動するように、
   複数のピエゾ素子を制御するピエゾ素子制御手段を備え
   たことを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。