JPH086383A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エッジ部がはっきりした鮮明な画像を得るこ
とができ、粉体飛翔記録装置においては目詰まりを防止
できる画像形成装置を提供することを目的とする。 【構成】 現像ローラ１４に対向して弱電界飛翔トナー
除去手段３８を設ける。弱電界飛翔トナー除去手段３８
は、弱電界飛翔トナー除去ローラ３９、弱電界飛翔トナ
ー除去ローラ３９と現像ローラ１４間にバイアス電圧を
印加する電圧印加手段４０、弱電界飛翔トナー除去ロー
ラ３９により除去したトナー１３をトナー貯留槽４２に
回収するクリーニングブレード４１から成る。弱電界飛
翔トナー除去手段３８により弱電界で現像ローラ１４か
ら飛翔するトナー１３を除去し、トナー飛翔電界を規定
してエッジ部がはっきりした鮮明な画像を得る。粉体飛
翔記録装置では、更にトナー通過孔の目詰まりを防止で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、帯電トナーを電界によ
って飛翔させて現像を行うジャンピング現像や、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、複写機等の画
像形成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザプリンタは高解像度で優れ
た画像を実現できる画像出力機として使用されるように
なっている。また、画像形成装置の小型化が望まれる
中、感光性ドラム等の像担持体を用いることなく、電界
制御により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は次世代の画像形成装置
として期待されている。

【０００３】次に、従来のレーザプリンタについて解像
度を３００ｄｐｉとして説明する。図７は従来のレーザ
プリンタの構成図、図８は同レーザプリンタの光学系構
成図である。図７の感光性ドラム１はモータ（図示せ
ず）によって方向Ａに駆動される。感光性ドラム１は、
一般に、有機光導電性材料の層でコーティングされた金
属シリンダである。印字中感光性ドラム１は回転し続
け、１ページ毎に数回回転する。

【０００４】画像を形成する前に、まず、物理的、電気
的に感光性ドラム１の清浄化を行う。物理的清浄化は、
ゴム製のクリーニングブレード３で、前のサイクルで感
光性ドラム１に残存したトナー１３を、廃トナー入れ
（図では省略されている）にこすり落とすことによって
行われる。さらに、除電用ランプ４で感光性ドラム１の
光電性材料を照射し、感光性ドラム１に以前から存在し
ている電荷を除去することによって、感光性ドラム１は
静電的に清浄化される。

【０００５】次に、感光性ドラム１の清浄化された感光
性ドラム表面２は、均一に負の電荷によって帯電され
る。つまり感光性ドラム１が回転して、電荷コロナ発生
器５によって生じるイオン化領域を光電性材料が通過す
ると、負の電荷が電荷コロナ発生器５から感光性ドラム
表面２に移動する。感光性ドラム１が回転して電荷コロ
ナ発生器５を通過した後、感光性ドラム１の感光性ドラ
ム表面２は均一な−７００Ｖの電位を持つ。書き込みの
間、感光性ドラム１の感光性ドラム表面２の選択された
部分に、レーザビーム６のレーザ光の焦点を合わせるこ
とによって、選択された領域の感光性ドラム１の表面電
荷を放電させる。このようにして、静電像が形成され、
その後トナー１３により可視像に現像されて、トナー１
３がプリント媒体に転写される。

【０００６】レーザビーム６は、画像情報によってオ
ン、オフする半導体レーザ７によって発生する。図８に
示す走査ミラー８は回転多面鏡で、スキャナ用モータ９
によって定速回転する。走査ミラー８の回転につれて、
レーザビーム６が矢印Ｂの方向に走査する。走査するレ
ーザビーム６の焦点は、ｆθレンズ１０とミラー１１に
よって、感光性ドラム表面２上に合わせられる。

【０００７】レーザビーム６は矢印Ｂ方向に走査し、感
光性ドラム１はＡ方向に回転するため、感光性ドラム表
面２はラスタ像で覆われる。走査ミラー８を回転させる
スキャナ用モータ９の速度と、感光性ドラム１を回転さ
せる主モータ（図示せず）の速度は、レーザビーム６が
走査する度に３００分の１インチずつ感光性ドラム表面
２が移動するように同期がとられている。半導体レーザ
７は、オン、オフ可能であり、これによって水平方向に
おいて３００分の１毎に光のドットを当てる速度でレー
ザビーム６に変調がかけられ、その結果インチ当りドッ
ト数（ｄｐｉ）が３００×３００の解像度が得られる。
書き込み後、感光性ドラム表面２には不可視の静電潜像
が形成される。レーザビーム６によって、感光性ドラム
表面２の露光されなかった部分には、まだ−７００Ｖの
電位が存在するが、レーザビーム６で露光された部分は
放電により約−１００Ｖの電位になっている。図７の現
像部１２では、現像剤であるトナー１３が静電像上にお
かれる。トナー１３の材料は、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の物質であ
る。トナー１３は、現像ローラ１４とスポンジローラ１
５の間で摩擦され、負の表面電荷を得る。トナー１３は
鏡像力によって現像ローラ１４上に担持され、層厚規制
ブレード１６によって現像ローラ１４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る。現像ローラ１
４には−４００Ｖの電位が印加されており、現像ローラ
１４とわずかな距離を隔てて位置する感光性ドラム表面
２との電位差が現像ローラ１４と感光性ドラム表面２間
の空間に電界を形成する。トナー１３に作用する電界力
が現像ローラ１４に対する鏡像力を上回った場合のみト
ナー１３は感光性ドラム１に向かって飛翔する。

【０００８】転写部１７では、感光性ドラム表面２のト
ナー像が記録紙１８に転写される。記録紙１８は感光性
ドラム１の表面速度と同じ速度で進行し感光性ドラム表
面２に接触する。コロナアセンブリ１９は、記録紙１８
の裏面に蓄積する正の電荷を発生する。記録紙１８の正
の電荷が強まると、感光性ドラム１の感光性ドラム表面
２から負に帯電したトナー１３が引き離される。静電荷
除去器２０は負の電荷を有する感光性ドラム表面２と正
の電荷を有する記録紙１８の間の吸引力を弱めて、記録
紙１８が感光性ドラム１に巻き付くのを防止する。記録
紙１８は転写部１７から定着部２１に移動し、感光性ド
ラム１は回転してクリーニング部に達して次のプリント
部を受け入れる準備をする。

【０００９】定着部２１において、熱と圧力によってト
ナーが融解して記録紙１８に押しつけられ、永久的なプ
リント像が形成される。定着部２１には、高輝度ランプ
２２を内部に有する加熱ローラ２３と、表面に弾性を有
する加圧ローラ２４が設けられている。ここで、記録紙
１８上のトナー１３が融解して紙の繊維に押し込まれ
る。

【００１０】次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２５を貯留するトナー貯留槽２６の内部には、現
像ローラ２７、トナー２５を帯電させるためのスポンジ
ローラ２８、現像ローラ２７上のトナー層厚を整える層
厚規制ブレード２９が備えてあり、トナー貯留槽２６に
はトナー２５を飛翔させるための開口部３０が設けてあ
る。現像ローラ２７の下部にはトナー２５の飛翔を制御
するトナー通過孔３１を備えたトナー制御ヘッド３２が
ある。トナー制御ヘッド３２を介して現像ローラ２７と
対面する位置に背面電極３３があり、その上面に記録紙
３４がセットされている。

【００１１】図１０は従来の粉体飛翔記録装置のトナー
制御ヘッドの平面図であり、図１１は同トナー制御ヘッ
ドのＡ−Ａ断面図である。トナー制御ヘッド３２は、基
準電極３５、制御電極３６をマトリックス状に配置し、
それらを絶縁体３７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３１が配列してある。

【００１２】以上のように構成された粉体飛翔記録装置
について、以下その動作について説明する。図９におい
て、トナー２５は、負に帯電されているものとする。ト
ナー２５は鏡像力により現像ローラ２７上に付着した状
態で開口部３０まで輸送される。記録紙３４への飛翔
は、基準電極３５と制御電極３６に適当な電圧を印加し
てトナー通過孔３１を電磁気的に開閉することによって
制御する。トナー通過孔３１が電磁気的に開いた状態の
とき、トナー通過孔３１を通過したトナー２５は現像ロ
ーラ２７と背面電極３３間に形成された電気力線に沿っ
て、記録紙３４に付着する。画像信号に応じて、各ドッ
トに対してこのようなトナー通過孔３１の電磁気的開閉
制御を行うことにより記録紙３４上に画像を形成する。
さらにレーザプリンタ同様、定着工程を経てプリントが
完了する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図１２（ａ）は従来の
レーザプリンタにおける現像ローラ上の電界強度と各ト
ナーの帯電量が同一である場合のトナー飛翔領域を示す
図、１２（ｂ）は同レーザプリンタにおける現像ローラ
上の電界強度と各トナーの帯電量が異なる場合のトナー
飛翔領域を示す図である。感光性ドラム１上における露
光部と非露光部の境界付近の電位は連続的に変化してい
るため、図１２（ａ）に示すように現像ローラ１４上の
トナー１３に働く電界の大きさも連続的に変化している
ことになる。仮に各トナー１３の帯電量が総て同じであ
れば現像ローラ１４に対する鏡像力も同一であるため、
その鏡像力に打ち勝ち感光性ドラム１に向かって飛翔し
始める現像ローラ１４上の電界（以下、飛翔開始電界と
いう）の大きさはすべてのトナー１３について一定であ
る。従って、図１２（ａ）に示すように飛翔開始電界を
境にしてトナー１３が記録紙に向かって飛翔する領域
（以下、Ｍ部という）とトナー１３が記録紙に向かって
飛翔しない領域（以下、Ｎ部という）の境界が明確で、
エッジ部のコントラストがはっきりした鮮明な画像を得
ることができる。しかし、実際にはそれぞれのトナー１
３の帯電量にばらつきがあり、現像ローラ１４に対する
鏡像力の大きさが異なるため、飛翔開始電界の大きさは
各トナー１３で異なる。従って、上記の従来の構成で
は、各トナー１３の飛翔開始電界値はそれぞれのトナー
１３によって異なり、図１２（ｂ）中のＭ部とＮ部の境
界Ｐ部が曖昧になり、画像のエッジ部が不鮮明になると
いう問題点を有していた。

【００１４】また、粉体飛翔記録装置において、トナー
通過孔３１を開放した場合の現像ローラ２７上の電界強
度分布を図１３に示す。図１３は、従来の粉体飛翔記録
装置における現像ローラ上の電界強度とトナー飛翔領域
を示す図である。ただし、図１３には１つのトナー通過
孔３１（１ドット）に対応する部分についてのみ示して
ある。粉体飛翔記録装置では、上記問題点に加えて、図
１３から解るようにトナー通過孔３１を通過するトナー
２５はもちろん、その周辺部（Ｑ部）のトナー２５にも
下方向の力が働くためそれらのトナー２５がトナー制御
ヘッド３２に降り積もり、トナー通過孔３１の目詰まり
を発生するという問題点を有していた。

【００１５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、エッジ部がはっきりした鮮明な画像を得ることがで
き、粉体飛翔記録装置においては加えて目詰まりを防止
できる画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、トナー担持体に対向して弱電界飛翔トナー
除去手段を設けた。

【００１７】また弱電界飛翔トナー除去手段を、弱電界
飛翔トナー除去ローラと、この弱電界飛翔トナー除去ロ
ーラとトナー担持体の間にバイアス電圧を印加する電圧
印加手段とから構成した。

【００１８】また弱電界飛翔トナー除去ローラに摺接し
てトナーを除去し、トナー貯留槽に回収するクリーニン
グブレードを設けた。

【００１９】

【作用】上記構成によって、電圧印加手段により弱電界
飛翔トナー除去手段とトナー担持体の間に適当な電圧を
印加して電界を形成し、それ以下の電界値で飛翔するト
ナーを予め除去する。これによって、トナーの飛翔開始
電界値を規定することができ、トナーの飛翔制御が容易
になる。また、弱電界飛翔トナー除去ローラによって取
り除かれたトナーはクリーニングブレードによってトナ
ー貯留槽に回収される。

【００２０】

【実施例】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のレーザ
プリンタの構成図、図２は同レーザプリンタの現像部の
構成図、図３は同レーザプリンタの現像ローラ上の電界
強度を示す図である。現像部１２以外の構成は従来のレ
ーザプリンタと同様なので同じ符号を付与して説明を省
略する。本実施例では、現像ローラ１４に対向して、弱
電界飛翔トナー除去手段３８が設けられている。この弱
電界飛翔トナー除去手段３８は、図２に示すように弱電
界飛翔トナー除去ローラ３９、バイアス電圧を印加する
電圧印加手段４０、弱電界飛翔トナー除去ローラ３９に
摺接してトナー１３を除去するゴム製のクリーニングブ
レード４１から構成され、帯電プロセスとトナー飛翔プ
ロセスの間に設けられている。弱電界飛翔トナー除去ロ
ーラ３９の表面は導電性材料で覆われたローラ状で、現
像ローラ１４表面と感光性ドラム表面２間の距離は１０
０μｍ、現像ローラ１４と弱電界飛翔トナー除去ローラ
３９表面間の距離は１００μｍであるとする。

【００２１】以上のように構成されたレーザプリンタに
ついて、次にその動作を説明する。ただし、従来例のレ
ーザプリンタと同じ動作について詳細な説明を省略す
る。従来例同様、画像信号に応じて感光性ドラム表面２
を選択的に露光することにより、露光されなかった部分
の電位は−７００Ｖ、露光された部分の電位は放電によ
り約−１００Ｖとなり、静電潜像が形成される。トナー
１３は、例えば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。

【００２２】トナー貯留槽４２に収容されたトナー１３
は、現像ローラ１４とスポンジローラ１５の間で負に摩
擦帯電される。現像ローラ１４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１３は、現像ロー
ラ１４に対する鏡像力によって現像ローラ１４表面に付
着した状態で搬送される。現像ローラ１４と弱電界飛翔
トナー除去ローラ３９間には電圧印加手段４０により１
００Ｖのバイアス電圧が印加されており、１０００ｋＶ
／ｍ以下の電界で飛翔するトナー１３は弱電界飛翔トナ
ー除去ローラ３９によって取り除かれる。なお、弱電界
飛翔トナー除去ローラ３９によって取り除かれたトナー
１３はクリーニングブレード４１によって、トナー貯留
槽４２に回収される。

【００２３】現像ローラ１４表面には−４００Ｖの電位
が与えられており、現像ローラ１４と感光性ドラム１が
最も接近した位置での感光性ドラム１露光部と現像ロー
ラ１４間の電位差が形成する電界強度は感光性ドラム１
から現像ローラ１４への向きに３０００ｋＶ／ｍ、非露
光部と現像ローラ１４間の電界強度は現像ローラ１４か
ら感光性ドラム１への向きに３０００ｋＶ／ｍとなる。
実際の露光部と非露光部の境界付近での電位変化は連続
的であるので、現像ローラ１４上の電界強度は図３のよ
うになる。しかし、現像ローラ１４に対する鏡像力が弱
く１０００ｋＶ／ｍ以下の電界強度で飛翔するトナー１
３は弱電界飛翔トナー除去手段３８ですでに取り除かれ
ているので、図３中のＲ部のトナー１３だけが飛翔して
感光性ドラム表面２にトナー像が形成される。この後、
従来例と同様に転写部１７で、感光性ドラム表面２のト
ナー像が記録紙１８に転写され、定着部２１において、
熱と圧力によってトナー１３が融解して記録紙１８にお
しつけられ、永久的なプリント像が形成される。

【００２４】次に粉体飛翔記録装置の実施例について説
明する。図４は本発明の第二実施例の粉体飛翔記録装置
の構成図、図５は同粉体飛翔記録装置のトナー貯留槽内
の構成図、図６は同粉体飛翔記録装置の現像ローラ上の
電界強度とトナー飛翔領域を示す図である。トナー貯留
槽２６以外の構成は従来の粉体飛翔記録装置と同様なの
で同じ符号を付与して説明を省略する。図５に示すよう
にトナー２５を帯電させるプロセスと帯電したトナー２
５を記録紙３４に向かって飛翔させるプロセスの間に弱
電界飛翔トナー除去手段３８を設けてあり、第一実施例
と同様、弱電界飛翔トナー除去手段３８は弱電界飛翔ト
ナー除去ローラ３９、電圧印加手段４０、ゴム製のクリ
ーニングブレード４１から構成されている。現像ローラ
２７の下部にはトナー通過孔３１を電磁気的に開閉して
トナー２５の飛翔を制御するトナー制御ヘッド３２があ
り、トナー通過孔３１を通過したトナー２５は背面電極
３３上の記録紙３４に到達する。現像ローラ２７とトナ
ー制御ヘッド３２間、トナー制御ヘッド３２と背面電極
３３間の距離はそれぞれ２００μｍ、３００μｍである
とする。

【００２５】トナー制御ヘッド３２も従来例と同様で、
図１０、図１１に示すようにトナー制御ヘッド３２の断
面図で銅を素材とする基準電極３５、同じく銅を材料と
する制御電極３６、ポリイミド絶縁体３７で構成されて
いる。各電極の厚さは、基準電極３５は１７．５μｍ、
制御電極３６は１７．５μｍ、基準電極３５下面と制御
電極３６上面の距離は１２．５μｍ、基準電極３５上
面、制御電極３６下面からそれぞれ１２．５μｍの距離
まで絶縁体３７で覆われている。トナー通過孔３１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３１の配列は任意で、千鳥
配列などでもよい。

【００２６】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２５は、実施例１と同様にス
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。トナ
ー貯留槽２６に収容されたトナー２５は、現像ローラ２
７とスポンジローラ２８の間で負に摩擦帯電される。現
像ローラ２７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２５は、現像ローラ２７に対する鏡
像力によって現像ローラ２７表面に付着した状態で、ト
ナー制御ヘッド３２上方にある開口部３０まで搬送され
る。

【００２７】現像ローラ２７と背面電極３３に適当な電
位を与えてトナー２５を飛翔させ、トナー制御ヘッド３
２の基準電極３５、制御電極３６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２５の飛翔を
制御する。例えば、現像ローラ２７の電位を０Ｖ、背面
電極３３の電位を１０００Ｖとする。トナー通過孔３１
を電磁気的に開く時は基準電極３５を２００Ｖ、制御電
極３６を５００Ｖ、閉じるときには、基準電極３５を５
００Ｖ、制御電極３６を２００Ｖに設定する。また、弱
電界飛翔トナー除去ローラ３９によって１１００ｋＶ／
ｍ以下で現像ローラ２７から飛翔するトナー２５を取り
除くように設定しておく。

【００２８】図６に示すように、１１００ｋＶ／ｍで飛
翔するトナー２５を予め除去しておくことにより、トナ
ー制御ヘッド３２表面にトナー２５を飛翔させることな
く、Ｓ部に示したトナー通過孔３１を通過するトナー２
５だけを現像ローラ２７から飛翔させることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明は、弱電界飛翔トナ
ー除去手段によりある電界強度以下でトナー担持体から
飛翔するトナーを予め除去し、トナー飛翔電界を規定す
ることにより、エッジ部がはっきりした鮮明な画像を得
ることができる。また、粉体飛翔記録装置においては、
前記の効果に加えてトナーがトナー制御ヘッド上に降り
積もることがないので、トナー通過孔の目詰まりを防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例のレーザプリンタの構成図

【図２】本発明の第一実施例のレーザプリンタの現像部
の構成図

【図３】本発明の第一実施例のレーザプリンタの現像ロ
ーラ上の電界強度を示す図

【図４】本発明の第二実施例の粉体飛翔記録装置の構成
図

【図５】本発明の第二実施例の粉体飛翔記録装置のトナ
ー貯留槽内の構成図

【図６】本発明の第二実施例の粉体飛翔記録装置の現像
ローラ上の電界強度とトナー飛翔領域を示す図

【図７】従来のレーザプリンタの構成図

【図８】従来のレーザプリンタの光学系構成図

【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のトナー制御ヘッド
の平面図

【図１１】従来のトナー制御ヘッドのＡ−Ａ断面図

【図１２】（ａ）従来のレーザプリンタにおける現像ロ
ーラ上の電界強度と各トナーの帯電量が同一である場合
のトナー飛翔領域を示す図 （ｂ）従来のレーザプリンタにおける現像ローラ上の電
界強度と各トナーの帯電量が異なる場合のトナー飛翔領
域を示す図

【図１３】従来の粉体飛翔記録装置における現像ローラ
上の電界強度とトナー飛翔領域を示す図

【符号の説明】

１ 感光性ドラム １３ トナー １４ 現像ローラ １８ 記録紙 ２５ トナー ２６ トナー貯留槽 ２７ 現像ローラ ３８ 弱電界飛翔トナー除去手段 ３９ 弱電界飛翔トナー除去ローラ ４０ 電圧印加手段 ４１ クリーニングブレード ４２ トナー貯留槽

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー担持体に担持された荷電トナーをク
   ーロン力により記録部材に飛翔させて画像形成を行う画
   像形成装置であって、前記トナー担持体に対向して弱電
   界飛翔トナー除去手段を設けたことを特徴とする画像形
   成装置。
2. 【請求項２】前記弱電界飛翔トナー除去手段が、弱電界
   飛翔トナー除去ローラと、この弱電界飛翔トナー除去ロ
   ーラと前記トナー担持体の間にバイアス電圧を印加する
   電圧印加手段とから成る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】前記弱電界飛翔トナー除去ローラに摺接し
   てトナーを除去し、トナー貯留槽に回収するクリーニン
   グブレードを備えたことを特徴とする請求項２記載の画
   像形成装置。