JPH0858149A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナーの流れを制御するアパチャ電極を用い
た画像形成装置において、制御電極の上流側と下流側の
両者で制御電圧に差を持たせることで、トナー流のアパ
チャ通過、遮蔽を確実に制御できるようにして、低電圧
駆動で制御性が良く、高コントラストの画像を得ること
ができるようにした。 【構成】 アパチャ６のトナー搬送方向下流側に形成さ
れた電極７ｂに印加する電圧を、上流側に形成された電
極７ａに印加する電圧より大きくして、下流側の電極７
ｂでトナーを強く堰止め、上流側の電極７ａでトナーを
弱く付着させる。これにより、後から供給されるトナー
により、アパチャ６の入口付近に滞っていたトナーはア
パチャ６内に押し出され、アパチャ６内の制御電界作用
でもって、トナーの流れが制御される。

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、ファクシミリ等に適用され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づいて電圧を印加
することで電界を制御し、もってトナー粒子が前記アパ
チャを通過するのを制御して、通過したトナー粒子によ
り被画像形成媒体上に画像を形成するものが、例えば、
米国特許第３６８９９３５号明細書に開示されている。
この画像形成装置は、絶縁体よりなる基板と、この基板
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
流れが制御されるよう帯電したトナー粒子を供給する手
段と、被画像形成媒体とアパチャ電極体とを相対的に移
動させて被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。

【０００３】また、例えば、米国特許第４７４３９２６
号、同４７５５８３７号、同４７８０７３３号、及び同
４８１４７９６号の明細書には、被画像形成媒体側に制
御電極を、トナー供給側に基準電極を対向して配設した
アパチャ電極体を用いた画像形成装置が開示されてい
る。また、米国特許４９１２４８９号明細書には、被画
像形成媒体側に基準電極を、トナー供給側に制御電極を
対向して配設したアパチャ電極体を用いた画像形成装置
が開示されている。

【０００４】ところで、上述したような従来の画像形成
装置において、トナーを供給する手段、例えばトナー担
持ローラに対して、アパチャ電極体を、トナー層を介す
るだけの近接した位置に配置することにより、アパチャ
電極の駆動を低電圧で可能とする装置が提案されてい
る。この装置では、アパチャ電極体は、トナー担持ロー
ラに担持されたトナー層に接して摺動するように配設さ
れ、同トナーに機械的な応力を与え、もって、トナーが
トナー担持ローラから剥離し易いようにして、アパチャ
を通過するトナー流の制御を円滑に行えるようにしてい
る。

【０００５】このような装置において用いられるアパチ
ャ電極体の例を図６に示す。アパチャ電極体１０１は、
絶縁基材１０２と、この絶縁基材１０２にトナー搬送方
向と直交する方向に列状に設けられた円形状のアパチャ
１０３と、アパチャ１０３の周囲を囲む個々に独立した
制御電極１０４とからなり、絶縁基材１０２側をトナー
担持ローラ側に向けて配置され、アパチャ１０３を通過
するトナーの流れを制御してドット（画素）によるトナ
ー像を形成するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなアパチャ電極体を用いたトナー流の制御は、アパ
チャ１０３内の制御電界を変化させることで行っている
が、制御電極１０４のトナー搬送方向の上流側１０４ａ
と下流側１０４ｂの両者で電位差がないために、図７に
示すように、制御電極１０４の上流側１０４ａと下流側
１０４ｂ付近のいずれにおいてもトナーが付着し、トナ
ーを堰止める現象が生じる。このため、アパチャ内にト
ナーが滞って、低い制御電圧のオン・オフでは、トナー
流のアパチャ通過、遮蔽を確実にコントロールできず、
従って、画像の濃淡コントラストを十分に取れないこと
があった。本発明は、上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、制御電極の上流側と下流側の両者で制
御電圧に差を持たせることで、トナー流のアパチャ通
過、遮蔽を確実にコントロールできるようにして、低電
圧駆動で制御性が良く、高コントラストの画像を得るこ
とができるようにした画像形成装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の画像形成装置は、トナーを供給するトナー
供給手段と、複数のアパチャを有し、トナー供給手段か
ら供給されアパチャを通過するトナーの流れを制御する
アパチャ電極体とを備え、アパチャ電極体を通過したト
ナーにより被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、アパチャ電極体は、基材と、この基材に
トナーの搬送方向に対して直交する方向に一列状に並設
されたアパチャと、このアパチャのトナー搬送方向上流
側及び下流側の縁近傍に配置形成された制御電極とから
構成され、かつ、下流側の制御電極に印加する電圧を上
流側の制御電極に印加する電圧より大きくしたものであ
る。また、請求項２の画像形成装置は、請求項１記載の
画像形成装置において、上流側及び下流側の制御電極に
は、制御電源を抵抗分圧した電圧を各々印加したもので
ある。また、請求項３の画像形成装置は、請求項１又は
請求項２に記載の画像形成装置において、アパチャ電極
体を、その基材側がトナー供給手段とトナー層を介して
接するように配置したものである。また、請求項４の画
像形成装置は、請求項１乃至請求項３に記載の画像形成
装置において、被画像形成媒体を挟んでアパチャ電極体
に対向する対向電極を配置したものである。

【０００８】

【作用】上記構成を有する本発明の画像形成装置によれ
ば、アパチャのトナー搬送方向下流側の縁近傍に形成さ
れた制御電極に印加される電圧が、上流側の縁近傍に形
成された制御電極に印加される電圧より大きいので、下
流側の制御電極においてトナーが強く堰止められ、上流
側の制御電極においてはトナーが弱く付着されるので、
後から逐次供給されるトナーにより、トナーはアパチャ
内に押し出される。そのため、アパチャの入口付近に滞
っていたトナーは、低電圧駆動によるアパチャ内の制御
電界作用であっても、アパチャを通過するか遮蔽される
かが確実に制御される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。図１は、本実施例による画像形成装
置の概略構成図である。画像形成装置１は、図示しない
外部装置から受信した画像信号に基づいて、記録用紙や
ＯＨＰシート等でなる被画像形成媒体２上にトナー像を
形成するものであり、被画像形成媒体２上へのトナー流
の制御を行うアパチャ電極体３及びトナー１４を担持し
てアパチャ電極体３付近に搬送し供給するトナー供給装
置４を有している。アパチャ電極体３は、絶縁体でなる
シート状基材５上にトナーの搬送方向と直交する方向に
一列に並んで多数のアパチャ６が開口され、かつ、シー
ト状基材５の上面に各アパチャ６の周縁を個々に独立し
て囲むように制御電極７が形成されており、アパチャ６
内の電界制御によりトナーの通過を制御するものであ
る。アパチャ電極体３は、制御電極７を設けた面を被画
像形成媒体２に対向させた状態で固定部材側であるトナ
ー供給装置４に固定されている。

【００１０】また、アパチャ電極体３に対向して、被画
像形成媒体２が通過するための約１ｍｍの間隙をおい
て、背面電極ローラ９（対向電極）が図示しないシャー
シに配設され、この背面電極ローラ９でもって前記間隙
に挿入される被画像形成媒体２は図１において左方向へ
搬送されるようになっている。アパチャ電極体３及び背
面電極ローラ９は、その長手方向が被画像形成媒体２の
搬送方向とは直交する方向に配置されている。さらに、
被画像形成媒体２の搬送先には、対になった圧ローラ１
１ａと熱ローラ１１ｂからなる定着装置１１が配設され
ている。

【００１１】前記トナー供給装置４の詳細構成を説明す
ると、トナー供給装置４は、アパチャ電極体３の背面電
極ローラ９とは反対側にアパチャ電極体３の長手方向に
沿って配設されており、装置全体のハウジングを兼ねる
トナーケース１２と、そのトナーケース１２内のトナー
タンクに収納される荷電粒子としてのトナー１４と、ト
ナー供給ローラ１６と、トナー１４を均一にマイナスに
帯電させて担持しアパチャ電極体３に向けて搬送するト
ナー担持ローラ１７と、このトナー担持ローラ１７に担
持されるトナー１４の量が該ローラ１７面上で均一にな
るよう規制するために該ローラ１７に圧接されているト
ナー層規制ブレード１８とから構成されている。トナー
供給ローラ１６は、トナー担持ローラ１７に対してトナ
ー１４を供給するものであり、これらの両ローラ１６，
１７は、図示した矢印方向に回転可能にトナーケース１
２に支持され、互いに接した状態で平行に配設されてお
り、それらの回転軸は被画像形成媒体２の搬送方向と直
交するように配置されている。

【００１２】また、制御電極７とトナー担持ローラ１７
の間には、画像信号に基づいて制御電圧を印加する制御
電圧印加回路２１が接続され、この制御電圧印加回路２
１は、図示しない外部装置から送られて来る画像信号に
基づいて制御電極７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。さらに、背面電極
ローラ９とトナー担持ローラ１７との間には、直流電源
２２が接続されており、この直流電源２２は背面電極ロ
ーラ９に対して＋１ｋＶの電圧を印加し得るようになっ
ている。

【００１３】次に、アパチャ電極体３の詳細構成、特
に、制御電極及びアパチャの形状について図２を参照し
て説明する。アパチャ電極体３は、その基本形態は上述
した図５と同様であるが、制御電極及びアパチャの形状
は相違し、厚さ２５μｍのポリイミド製のシート状基材
５に、トナー搬送方向と直交する方向に所定間隔で一列
状に複数の矩形のアパチャ６を並設し、この隣り合うア
パチャ６の間に個々に制御電極７を厚さ８μｍで形成し
ている。そして、各制御電極７は、隣り合うアパチャ
６，６に跨がってトナー搬送方向上流側及び下流側のア
パチャ縁部に形成された電極７ａ，７ｂからなる。さら
に、隣り合うアパチャ６，６の境界部には電極７ａ，７
ｂと導通されたカーボンパターン印刷でなる抵抗部７ｃ
が設けられ、さらに、この抵抗部７ｃはトナー搬送方向
上流側へ延長された抵抗部７ｄを経て、グランドされた
共通導電部７ｅに接続されている。また、下流側の電極
７ｂは導電部７ｆを経て制御電圧印加回路２１に接続さ
れている。なお、変形例として、図５に示すように、電
極７ａ，７ｂが、隣り合うアパチャ６，６に跨がるもの
でなく、１つのアパチャ６の上流側及び下流側の縁に沿
うように設けられ、境界部の抵抗部７ｃが該アパチャ６
の縁に沿うように設けられたものであってもよい。ま
た、アパチャ６の形状は、略平行四辺形状として、その
外形に沿って電極を設けたものであってもよい。

【００１４】このような構成のアパチャ電極体３である
ので、１つの制御電極７により制御され、ドットを形成
する領域は、電極７ａ，７ｂに挟まれ、抵抗部７ｃの両
側に位置するアパチャ６，６の約半分になる。また、１
つの制御電極７を等価回路で図示すると図３のようにな
り、下流側及び上流側の電極７ｂ，７ａには抵抗分圧し
た電圧が印加され、下流側の電極７ｂに印加される電圧
は上流側の電極７ａに印加される電圧より大きくなる。
また、アパチャ電極体３のシート状基材５は、被画像形
成媒体２の幅（記録幅）とほぼ同じ長さを有し、シート
状基材５上におけるアパチャ６の配列ピッチは、例えば
２００ｄｐｉの場合には１２５μｍである。

【００１５】さらに、アパチャ電極体３のアパチャ６と
トナー担持ローラ１７との位置関係を説明すると、アパ
チャ電極体３は、図１に示すように被画像形成媒体２側
に制御電極７を対向させた状態で、シート状基材５のア
パチャ６の位置でトナー担持ローラ１７に対してトナー
層を介して圧接し、トナー担持ローラ１４と摺動するよ
うに設けられている。そして、各アパチャ６の中心位置
を通る線がほぼトナー担持ローラ１７の周面の図示の最
上側部分とその中心軸を通るようにアパチャ電極体３を
配置し、各アパチャ６を通過するトナー１４の分布がア
パチャ内の全域で均一となるようにしている。また、ア
パチャ６の壁面６ａとトナー１４の飛翔方向とを平行と
して、トナー１４を安定して飛翔させることができるよ
うにしている。また、アパチャ電極体３自体が、トナー
担持ローラ１７に対して、アパチャ６を中心として左右
（図１上で）にほぼ同じ角度だけ撓むように接触させる
ことにより、アパチャ電極体３とトナー担持ローラ１７
との接触面積を比較的大きくすると共に、アパチャ６周
辺を左右（図１上で）均一にトナー担持ローラ１７に接
触させており、これにより、トナーの濃度むら発生を抑
えるようにしている。

【００１６】次に、上述のように構成された画像形成装
置の画像形成動作を説明する。トナー供給ローラ１６と
トナー担持ローラ１７を図１に示す矢印方向に回転させ
ることにより、トナー供給ローラ１６から送られてくる
トナー１４はトナー担持ローラ１７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１７上に担持
される。この担持されたトナー１４は、トナー層規制ブ
レード１８によって薄層化されると共に帯電された後、
トナー担持ローラ１７の回転によってアパチャ電極体３
に向けて搬送される。トナー担持ローラ１７上のトナー
１４はアパチャ電極体３のシート状基材５に擦られつつ
アパチャ６付近に供給される。

【００１７】次に、図示しない外部装置から送られて来
る画像信号に応じて、その画像部分に対応する制御電極
７に、制御電圧印加回路２１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７とトナー担持ローラ１７の間の電位
差により、制御電極７よりトナー担持ローラ１７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１４は電位の高い方向に静電力を受け、ト
ナー担持ローラ１７上からアパチャ６を通過して制御電
極７側に引き出される。この引き出されたトナー１４
は、さらに、背面電極ローラ９に印加されている電圧に
よって被画像形成媒体２とアパチャ電極体３との間に形
成される電界により、被画像形成媒体２に向けて飛翔
し、被画像形成媒体２上に堆積して画素を形成する。

【００１８】また、非画像部分に対応する制御電極７に
は、制御電圧印加回路２１から０Ｖの電圧が印加され
る。その結果、トナー担持ローラ１７と制御電極７との
間には、電界が形成されないことになり、トナー担持ロ
ーラ１７上のトナー１４は、静電力を受けないため、ア
パチャ６を通過しない。

【００１９】ここで、上記アパチャ電極体３を用いるこ
とで、アパチャ６のトナー搬送方向上流側及び下流側の
縁部の電極７ａ，７ｂでもって、アパチャ６を通過する
トナーの流れが制御され、１つのドットが形成されるの
であるが、その時の様子を図４に示す。図４では上流側
及び下流側の縁部の電極７ａ，７ｂに印加される制御電
源を模式的に示しており、電圧Ｖｆ＜電圧Ｖｂとしてい
る。上流側及び下流側の縁部の電極７ａ，７ｂに印加さ
れる制御電圧は、後者の方が前者よりも大きいので、下
流側の電極７ｂの側ではトナー１４が強く堰止められ、
上流側の電極７ａの側ではトナー１４が弱く付着するの
みである。このため、後から逐次供給されるトナー１４
により、上流側の電極７ａに付着しているトナー１４は
アパチャ６内に確実に押し出される。従って、低い制御
電圧駆動によるアパチャ６内の制御電界作用であって
も、アパチャ６の入口付近に滞っていたトナー１４はア
パチャを通過するか遮蔽されるかが確実に峻別されて制
御される。かくして、低い制御電圧で高いコントラスト
の画像を得ることができる。

【００２０】なお、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、例え
ば−３０Ｖ〜５０Ｖの負の電圧であってもよく、この場
合、より一層、かぶりの少ない画像を得ることができ
る。また、上記では背面電極ローラ９を用いたものを示
したが、被画像形成媒体側が帯電トナーを吸引する電位
関係とすれば、背面電極ローラ９は必ずしも設ける必要
はない。また、制御電極７ａ，７ｂに印加する制御電圧
の電源は、抵抗分圧とせずに、各々、別電源を用いても
よい。また、トナーとしてプラスに帯電するものを用い
た場合は、制御電極７や背面電極ローラ９に印加する電
圧等は上記とは逆の電位とする必要がある。すなわち、
上流側の電極７ａに印加する制御電圧の方を下流側の電
極７ｂに印加する制御電圧よりも高いもの（下流側のマ
イナスを大きく）とする。本発明はそのような場合をも
包含するものである。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明の画像形成装置によ
れば、アパチャのトナー搬送方向下流側に形成された制
御電極に印加する電圧を、上流側に形成された制御電極
に印加する電圧より大きくして、下流側の制御電極でト
ナーが強く堰止められ、上流側の制御電極でトナーが弱
く付着するようにしたので、アパチャの入口付近に滞っ
ていたトナーは、低電圧駆動によるアパチャ内の制御電
界作用であっても、アパチャを通過するか遮蔽されるか
が確実に峻別して制御される。従って、低電圧駆動であ
りながら、制御性が向上し、高コントラストの画像を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による画像形成装置の概略構
成図である。

【図２】アパチャ電極体のアパチャ形状の一例を示す正
面図である。

【図３】アパチャ電極体の制御電極の等価回路を示す図
である。

【図４】アパチャ電極体によるトナーの流れを制御する
様子を示す図である。

【図５】アパチャ電極体の他の例を示す部分正面図であ
る。

【図６】従来のアパチャ電極体の斜視図である。

【図７】従来のアパチャ電極体によるトナーの流れを制
御する様子を示す図である。

【符号の説明】

２ 被画像形成媒体 ３ アパチャ電極体 ４ トナー供給装置 ５ シート状基材 ６ アパチャ ７ 制御電極 ９ 背面電極ローラ（対向電極） １４ トナー １７ トナー担持ローラ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーを供給するトナー供給手段と、複
   数のアパチャを有し、前記トナー供給手段から供給され
   該アパチャを通過するトナーの流れを制御するアパチャ
   電極体とを備え、前記アパチャ電極体を通過したトナー
   により被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、 前記アパチャ電極体は、基材と、この基材にトナーの搬
   送方向に対して直交する方向に一列状に並設されたアパ
   チャと、このアパチャのトナー搬送方向上流側及び下流
   側の縁近傍に配置形成された制御電極とから構成され、
   かつ、 前記下流側の制御電極に印加する電圧を前記上流側の制
   御電極に印加する電圧より大きくしたことを特徴とする
   画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記上流側及び下流側の制御電極には、
   制御電源を抵抗分圧した電圧を各々印加したことを特徴
   とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 【請求項３】 前記アパチャ電極体を、その基材側がト
   ナー供給手段とトナー層を介して接するように配置した
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形
   成装置。
4. 【請求項４】 被画像形成媒体を挟んでアパチャ電極体
   に対向する対向電極を配置したことを特徴とする請求項
   １乃至請求項３に記載の画像形成装置。