JPH09193443A

JPH09193443A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH09193443A
Application number: JP8004541A
Authority: JP
Inventors: Shiro Wakahara; 史郎若原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-29
Anticipated expiration: 2016-01-16
Also published as: DE69705332T2; CN1093796C; US5933176A; CN1161908A; EP0785076B1; DE69705332D1; JP3402890B2; EP0785076A3; EP0785076A2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】簡単な構成により制御電極に印加するトナー
飛翔のための印加継続時間を短縮することができる画像
形成装置。【解決手段】トナー担持体２２と対向電極２５との間
には、担持されたトナー２１が対向電極側に飛翔できる
ような電界を付与するために対向電極２５に高圧電源部
３０より高圧が印加される。トナー担持体２２と対向電
極２５との間にトナーの飛翔を制御する制御電極２６が
配置されており、制御電極２６に形成されるトナーが飛
翔するゲート２９の周囲に設けたリング状電極２７に制
御電源部３１を介してトナーを飛翔する電位又は飛翔し
ない電位が印加される。制御電源部３１は、リング状電
極２７に、トナー２１を飛翔させる電位を印加した時
に、飛翔するトナーが制御電極２６の位置を通過したタ
イミングでトナーを飛翔させない電位を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル複写機
およびファクシミリ装置の印字部本体、またディジタル
プリンタ、プロッタ等に適用され、顕像化粒子を飛翔さ
せることにより記録紙等の記録媒体上に画像を直接形成
する画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像信号に応じて記録紙等の記録
媒体上に可視像として出力する画像形成措置として、顕
像化粒子である例えばトナーを上記記録媒体に直接付着
させることにより、トナー像を記録媒体上に直接形成す
る画像形成装置が、例えば特開平６−１５５７９８号公
報にて提案されている。

【０００３】特開平６−１５５７９８号公報記載の画像
形成装置を図８参照して説明すれば、トナー供給部５２
と印刷部５３とを有する画像形成部５１を備えており、
トナー供給部５２に担持されているトナー７１を選択的
に飛翔させて記録媒体であるシート状の記録紙５５に付
着させる。この時、上記トナー７１の飛翔を画像信号に
応じて制御することにより、トナーを選択的に記録紙５
５上に直接付着させることで可視像を形成している。

【０００４】上記トナー供給部５２は、例えば負帯電さ
れた顕像化粒子としてのトナー７１を収容しているトナ
ー収容部７０、及びトナー７１を例えば磁気力により担
持するトナー担持体７２から構成されている。トナー担
持体７２は接地されており、図中矢印Ｅ方向に、かつそ
の表面速度が、例えば３０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動され
ている。トナー７１は、平均粒径が１０μｍの磁性トナ
ーであり、周知の技術によって帯電量が−４μＣ／ｇ〜
−５μＣ／ｇとなるように電荷が付与される。また、ト
ナー７１は、トナー担持体７２の外周面に平均厚さ８０
μｍ程度でもって担持されている。

【０００５】画像形成部５１を構成する印刷部５３は、
直径が例えば５０ｍｍのアルミニウム管からなる対向電
極７５と、該対向電極７５と上記トナー担持体７２との
間に設けられた制御電極７６とから構成されている。上
記対向電極７５は、トナー担持体７２の外周面から距離
が１ｍｍ程度離間した状態で配置されている。対向電極
７５は、直流電源部８０により、例えば２ｋＶの高電圧
が印加されており、図中、矢印Ｆ方向にその表面での速
度が３０ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動されている。つまり、
対向電極７５とトナー担持体７２との間には、トナー担
持体７２に担持されているトナー７１を、対向電極７５
方向に飛翔させるのに必要な電界が付与されている。

【０００６】上記制御電極７６は、対向電極７５表面の
接線方向と平行をなし、かつ対向電極７５と対向して２
次元的に広がっており、トナー担持体７２から対向電極
７５方向へのトナー流が通過可能な構造となっている。
そして、この制御電極７６に供給される電位により、ト
ナー担持体７２と対向電極７５との間に付与された電界
が変化し、トナー担持体７２から対向電極７５へのトナ
ー７１の飛翔が制御される。

【０００７】上記制御電極７６は、トナー担持体７２の
外周面からの距離が、例えば１００μｍとなるように配
置されている。また、制御電極７６は、厚さ５０μｍの
フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）７６ａ、および厚
さ２０μｍ程度の銅箔からなるリング状電極７７・・・
からなっている。基板７６ａには、トナー７１の通過部
となる直径１５０μｍ程度のゲート７９・・・が形成さ
れており、これらゲート７９・・・の周りに上記リング
状電極７７・・・が設けられている。上記各リング状電
極７７は、給電線および高電圧ドライバー（何れも図示
せず）を介して制御電源部８１に電気的に接続されてい
る。

【０００８】リング状電極７７・・・には、制御電源部
８１により、画像信号に応じた電圧が印加される。つま
り、制御電源部８１は、リング状電極７７・・・に対
し、トナー担持体７２に担持されたトナー７１を対向電
極７５方向に通過させる場合に、例えば２００Ｖを印加
させることで、トナー７１をリング電極７７のゲート７
９を介して対向電極側の記録紙に飛翔させることができ
る。また、通過させない場合には、リング状電極７７に
−２００Ｖを印加することで、トナー担持体７２上のト
ナーは対向電極７５側へ飛翔されるのを阻止される。こ
のようにして、リング状電極７７・・・に画像信号に従
って上述した電圧を印加することで、トナーを選択的に
飛翔させて記録紙５５上に画像信号に応じた可視像を直
接形成できる。

【０００９】ここで、上記トナー担持体７２の回転、対
向電極７５の回転、制御電極７６へのトナー７１を通過
させない電位の印加、対向電極への高圧の印加は、単一
のトリガによってほぼ同時に印加される。また、トナー
担持体７２上のトナー７１が記録紙５５上に到達するま
での飛翔時間は、トナーの帯電電荷量、トナー担持体７
２と対向電極７５との間の距離及び印加される電位差、
特に電界の強さによって決まる。その時間は、例えば２
５０μｓｅｃ程度であり、上記リング状電極７７に供給
する印加時間は、上記飛翔時間より長い３００μｓｅｃ
程度の設定している。これにより、トナーを確実に対向
電極７５上の記録紙５５へと付着させるようにしてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の画像形成装
置においては、記録紙５５上に１ドットを形成するのに
トナーが、トナー担持体から対向電極に移動するのに必
要な、例えば２５０μｓｅｃより長い、３００μｓｅｃ
の期間、制御電極に飛翔させるための電圧を印加する必
要があった。しがたって、記録速度を上げるには、上述
のように記録紙へとトナーを飛翔させ到達させるため
に、例えば３００μｓｅｃといった印加継続時間が必要
となり、この時間に拘束されて高速による記録動作が望
めなかったのが現状である。

【００１１】また、画像の解像度を上げると印字速度の
低下は逃れられなくなる。そのため、従来では高速記録
を可能にするためには、上記トナーの飛翔時間、つまり
トナー担持体から対向電極側までの距離を飛翔するのに
要する時間を短くすることで、上記制御電極に印加する
時間を短くできるため、おのずと高速処理が可能にな
る。

【００１２】しかしながら、トナーの飛翔時間を短くす
るには、多くの問題を抱えることになる。つまり、トナ
ーの飛翔時間を短くするために、トナー担持体と対向電
極との間の形成される電界を大きくする。特にトナー担
持体側を接地した場合、対向電極に供給する電圧をより
大きくすることで大きな電界が作用させるようにすれば
よい。しかし、電圧を高くすることで電気部品の点数が
増大するだけでなく、リーク等の問題を解消するため
に、より高い高圧絶縁対策が必要となる。

【００１３】また、飛翔距離を短くすることが考えられ
る。そのためば飛翔時間も短縮できる。しかし、トナー
の大きさ、記録紙の厚さ、さらに制御電極の厚さがあ
り、飛翔距離を短くするにも限度があり、上述したよう
にトナー担持体と対向電極との間隔は１ｍｍ程度が限度
である。

【００１４】さらに、トナー自身の物性を変えることも
考えられるが、現時点の技術では非常に困難であり、ま
たできたとしても上述の問題に制約されどうしても、上
述した特開平６−１５５７９８号公報記載の画像形成装
置によれば、制御電極へのトナー飛翔時の印加継続時間
を短くできなかった。

【００１５】本発明は、上述の問題点に鑑みて、トナー
飛翔距離を短縮することなく、またトナーの飛翔時間を
も短くすることなく、簡単な構成により制御電極に印加
するトナー飛翔のための印加継続時間を短縮することが
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】本発明の上述した目的を
達成するための画像形成装置は、顕像化粒子を担持する
担持体と、該担持体に対向して配置された対向電極と、
これら担持体と対向電極との間に配置され顕像化粒子の
通過部となる複数のゲートを有する制御電極と、上記担
持体と対向電極との間に所定の電位差を生じさせる電位
を付与すると共に、上記制御電極に付与する電位を変化
させることにより顕像化粒子の上記ゲートの通過を制御
して画像を形成する制御手段とを備えた画像形成装置に
おいて、上記制御手段は、顕像化粒子を対向電極側へと
飛翔させるべく上記制御電極に付与する電位の継続時間
が、上記担持体から対向電極へ上記顕像化粒子が移動す
るのに要する時間よりも短く設定したことを特徴とす
る。

【００１７】また、本発明の目的を達成する画像形成装
置は、顕像化粒子を担持する担持体と、該担持体に対向
して配置された対向電極と、これら担持体と対向電極と
の間に配置され顕像化粒子の通過部となる複数のゲート
を有する制御電極と、上記担持体と対向電極との間に所
定の電位差を生じさせる電位を付与すると共に、上記制
御電極に付与する電位を変化させることにより顕像化粒
子の上記ゲートの通過を制御して画像を形成する制御手
段とを備えた画像形成装置において、上記制御手段は、
顕像化粒子を対向電極側へと飛翔させるべく上記制御電
極に付与する電位の継続時間が、上記担持体から制御電
極へ上記顕像化粒子が移動するのに要する時間よりも長
く設定したことを特徴とする。

【００１８】さらに、本発明の目的を達成するための画
像形成装置は、顕像化粒子を担持する担持体と、該担持
体に対向して配置された対向電極と、これら担持体と対
向電極との間に配置され顕像化粒子の通過部となる複数
のゲートを有する制御電極と、上記担持体と対向電極と
の間に所定の電位差を生じさせる電位を付与すると共
に、上記制御電極に付与する電位を変化させることによ
り顕像化粒子の上記ゲートの通過を制御して画像を形成
する制御手段とを備えた画像形成装置において、上記制
御手段は、顕像化粒子を対向電極側へと飛翔させるべく
上記制御電極に付与する電位の継続時間が、上記担持体
から制御電極へ上記顕像化粒子が移動するのに要する時
間よりも長く、かつ上記担持体から対向電極へ上記顕像
化粒子が移動するのに要する時間よりも短く設定したこ
とを特徴とする。

【００１９】以上のように構成された画像形成装置によ
れば、顕像化粒子は例えばトナーであり、担持体は例え
ばトナーを担持するものであって、トナーは制御電極に
印加される電位に応じて選択的に対向電極側に飛翔また
は飛翔しない。そこで、制御電極に飛翔させるための電
位が印加されている時に、トナーは飛翔を開始し、対向
電極へと向かう。この時、飛翔したトナーが制御電極を
通過した状態では、上記制御電極に印加されている電位
に全く左右されることなく、対向電極側への飛翔を継続
する。つまり、制御電極と対向電極との間の電界が上記
制御電極に印加される電位により多少変化するとして
も、その電界が作用する方向は常に対向電極方向に垂直
となり変化することはない。従って、制御電極にトナー
を飛翔する電位を印加した後、トナーが制御電極を通過
した後は、対向電極側に到達するまでの間、上記トナー
飛翔電位を制御電極に印加せずとも、対向電極側に確実
にトナーが飛翔することになる。

【００２０】よって、トナーが対向電極に到達する以前
に、制御電極に印加しているトナー飛翔電位をトナーが
飛翔しない電位に切り換えても、一旦飛翔したトナーを
確実に対向電極側に到達する。また、飛翔トナーが、制
御電極を通過した後に制御電極にトナーが飛翔しない電
位に切り換えても同様に飛翔トナーた対向電極側に到達
する。さらに、制御電極にトナーを飛翔電位を印加した
時に、飛翔したトナーが制御電極を通過し、対向電極側
に到達する以前に、トナーが飛翔しない電位に切り換え
れば、飛翔トナーは対向電極側に確実に到達させること
ができる。

【００２１】そこで、制御電極にはトナー飛翔電位を印
加する継続時間を短くすることから、次にトナーを飛翔
させる周期を短縮できることになり、高速記録を可能に
できると共に、高解像度の記録をも可能にできる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に図１ないし図７に従って本
発明の実施形態を詳細に説明する。

【００２３】図１は本発明における画像形成装置の全体
的の構成を示す概略断面図である。図において、本発明
の画像形成装置は、トナー供給部２と印刷部３とで構成
される画像形成部１を備えている。画像形成部１は、画
像信号に応じて、顕像化粒子としてのトナーを使用して
記録媒体であり記録紙上に顕像化するものである。つま
り、この画像形成装置は、トナーを選択的に飛翔させて
記録紙５上に付着させると共に、上記トナーの飛翔を画
像形成信号に基づいて制御することにより記録紙５上に
画像を直接形成するものである。

【００２４】上記画像形成部１への記録紙５の入紙側に
は、給紙装置１０が設けられている。給紙措置１０は、
記録媒体としての記録紙５を収容する用紙カセット４、
この用紙カセット４から記録紙５を１まいずつ送り出す
ピックアップローラ（給紙ローラ）６、送り出された記
録紙５をガイドする給紙ガイド７から構成されている。
また、給紙装置１０は、記録紙５が給紙されたことを検
出する図示していない検出センサを、給紙経路中に設け
られている。ピックアップローラ６は、図示しない駆動
装置によって回転駆動される。

【００２５】また、画像形成部１からの記録紙５の出紙
側には、画像形成部１にて記録紙５上に形成されたトナ
ー像を、加熱および加圧することにより記録紙５に定着
させる定着装置１１が設けられている。定着装置１１
は、加熱ローラ１２、ヒータ１３、加圧ローラ１４、温
度センサ１５、および温度制御回路１６から構成されて
いる。加熱ローラ１２は、例えば厚さ２ｍｍのアルミニ
ウム管表面にトナーに対して離型性のよいフッ素樹脂等
がコーティングされた状態で構成されている。上記ヒー
タ１３は、例えばハロゲンランプからなり、加熱ローラ
１２に内蔵されている。

【００２６】加圧ローラ１４は、例えばアルミニウム等
の管の表面にシリコーン樹脂からな部材をコーティング
してて構成されている。そして、互いに対向して設けら
れた上記加熱ローラ１２および加圧ローラ１４には、記
録紙５を挟んで加圧することができるように、それぞれ
の軸の両端に図示しないスプリング等によって例えば２
ｋｇの荷重が加えられている。

【００２７】温度センサ１５は、加熱ローラ１２表面の
温度を測定する。温度制御回路１６は、主制御部（後述
する）によって制御されており、温度センサ１５の測定
結果に基づいてヒータ１３のＯＮ／ＯＦＦ等を制御し、
加熱口一ラ１２表面の温度を例えば１５０℃に保持す
る。

【００２８】また、定着装置１１は、記録紙５が排出さ
れたことを検出する排紙センサ（図示せず）を備えてい
る。なお、加熱ローラ１２、ヒータ１３、加圧ローラ１
４等の材質は、特に限定されるものではない。また、加
熱ローラ１２表面の温度は、特に限定されるものではな
い。さらに、定着装置１１は、記録紙５を加熱定着する
だけでなく、加圧定着することによりトナー像を定着さ
せる構成となっていてもよい。

【００２９】さらに、図示しないが、定着装置１１から
の用紙の出紙側には、定着装置１１で処理された記録紙
５を排紙トレイ上に排出する排紙ローラ、および排出さ
れた記録紙５を受ける排紙トレイが設けられている。上
記の加熱ローラ１２、加圧ローラ１４、および排紙ロー
ラは、図示しない駆動装置によって回転駆動され、記録
紙５を排紙する。

【００３０】画像形成部１を構成するトナー供給部２
は、顕像化粒子としてのトナー２１が収容されているト
ナー収容槽２０、トナー２１を磁気力により担持する円
筒状の担持体（スリーブ）としてのトナー担持体２２、
およびトナー収容槽２０内部に設けられ、トナー２１を
帯電させると共に、トナー担持体２２の外周面に担持さ
れるトナー層の厚さを規制するドクターブレード２３か
ら構成されている。

【００３１】ドクターブレード２３は、トナー担持体２
２の回転方向における上流側に、トナー担持体２２の外
周面からの距離が例えば６０μｍ程度の間隔を隔てて配
置されている。トナー２１は、例えば平均粒径が６μｍ
の磁性トナーであり、ドクターブレード２３により、例
えば帯電量が−４μＣ／ｇ〜−５μＣ／ｇとなるように
電荷が付与されている。尚、ドクターブレード２３とト
ナー担持体２２との距離は、特に限定されるものではな
く、トナー搬送量に応じて適宜設定される。またトナー
２１の平均粒径や帯電量等は、特に限定されるものでは
なく、必要に応じて設定すればよい。トナー担持体２２
は、図示しない駆動装置によって駆動され、図中矢印Ａ
方向に例えばその表面での速度が例えば１００ｍｍ／ｓ
ｅｃ程度で回転駆動される。

【００３２】トナー担持体２２は接地されると共に、ト
ナー担持体２２内部におけるドクターブレード２３と対
向する位置および、制御電極２６（後述する）と対向す
る位置に、図示しない固定状態で磁石が配置されてい
る。これにより、トナー担持体２２は、その外周面にト
ナー２１を担持することができるようになっており、さ
らにスリーブであるトナー担持体２２を回転させること
で磁気的に吸着（担持）しているトナーを搬送してい
る。また、トナー担持体２２の外周面に担持されたトナ
ー２１は、該外周面における上記位置に対応する位置で
いわゆる穂立ちを形成する。尚、トナー担持体２２の回
転速度は、特に限定されるものではなく、トナーを搬送
する量等に基づいて速度を決定すればよい。また、トナ
ー担持体２２は、磁気力によりトナー２１を担持する代
わりに、電気力、または電気力および磁気力により担持
する構成となっていてもよい。

【００３３】画像形成部１の印刷部３は、例えば厚さ１
ｍｍのアルミニウム板から形成された、トナ一担持体２
２の外周面と対向する対向電極２５と、該対向電極２５
に高圧を供給する高圧電源３０と、上記トナー担持体２
２との間に設けられた制御電極２６と、除電ブラシ３２
と除電ブラシ３２に除電電位を与える除電電源１７と、
記録紙５を帯電させる帯電ブラシ１４と、該帯電ブラシ
１４に帯電電位を与える帯電電源１８と、誘電体ベルト
２４と、該誘電体ベルト２４を支持し走行させる支持ロ
ーラ１６ａ．１６ｂと、クリーナーブレード１９を備え
ている。

【００３４】上記の対向電極２５は、トナー担持体２２
の外周面からの離間距離が例えば１ｍｍとなるように設
けられている。

【００３５】上記対向電極２５に密着するように走行さ
れ、記録紙５を搬送するための誘電体ベルト２４は、ポ
リフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を基材として形成され
ており、その体積抵抗率が１０¹⁴Ω・ｃｍ程度で、厚さ
が７５μｍ程度のエンドレス形状のベルトである。該誘
電体ベルト２４は、支持ローラ１６ａ，１６ｂ間に張架
され、図示しない駆動装置によって例えば支持ローラ１
６ｂを介して駆動され、図中矢印方向に、例えばその表
面での速度が３０ｍｍ／ｓｅｃで回転される。

【００３６】また、対向電極２５には、高圧電源（制御
手段）３０により、例えば２ｋＶの高圧が印加されてい
る。つまり、対向電極２５とトナー担持体２２との間に
は、高圧電源部３０から印加される高圧により、トナー
担持体２２に担持されたトナー２１を、対向電極２５方
向に飛翔させるのに必要な電界が付与されている。

【００３７】上記除電ブラシ２８は、誘電体ベルト２４
の回転方向における制御電極２６と対向する位置のさら
に下流側で、誘電体ベルト２４に圧接するように設けら
れている。この除電ブラシ２８は除電電源１７によって
除電電位２．３ｋＶが印加され、誘電体ベルト２４表面
に存在する不要電荷を除電する。

【００３８】上記クリーニングブレード１９は、例え
ば、紙詰まり（ペーパージヤム）等の不測の事態が生じ
て誘電体ベルト２４の表面にトナー２１が付着した場合
に、このトナー２１を除去して、用紙裏面が該トナー２
１によって汚染されることを防止する。尚、対向電極２
５の材質は、特に限定されるものではなく、必要な材質
を適宜設定すればよい。また、対向電極２５とトナー担
持体２２との距離についても、特に限定されるものでは
なく、適宜設定すればよい。さらに、対向電極２５の回
転速度や、印加される電圧は、特に限定されるものでな
く、使用するトナーや速度に応じて適宜設定すればよ
い。

【００３９】また、図示しないが、本画像形成装置は、
制御回路として、画像形成装置全体を制御する主制御部
と、原稿等の画像を読み取る画像読み取り装置から得ら
れた面像データを印刷すべき画像データの形式に変換す
る画像処理部と、変換された該画像データを記憶する画
像メモリと、画像処理部から得られた画像データを制御
電極２６に与えるべき画像データに変換する画像形成制
御ユニツトとを設えている。

【００４０】そこで上記の制御電極２６は、対向電極２
５表面の接線方向と平行をなし、かつ対向電極２５と対
向して２次元的に広がっており、トナー担持体２２から
対向電極２５方向へのトナー流が通過可能な構造となっ
ている。そして、この制御電極２６に供拾される電位に
より、トナー担持体２２と対向電極２５との間に付与さ
れた電界が変化し、トナー担持体２２から対向電極２５
へのトナー２１の飛翔を選択的に制御することができ
る。

【００４１】上記制御電極２６は、トナー担持体２２の
外周面からの距離が例えば１００μｍとなるように配置
けられており、図示しない支持部材により固定されてい
る。図２に制御電極２６の詳細を示すように、該制御電
極２６は、絶縁性の基板２６ａ、高圧ドライバ（図示せ
ず）、および各々独立したリング状の導電体、即ちリン
グ状電極２７・・・からなつている。基板２６ａは、例
えばポリイミド樹脂からなり、厚さ２５μｍに形成され
ている。また、基板２６ａには、後述するゲート２９・
・・となるべき孔が形成されている。リング状電極２７
・・・は、例えば銅箔からなり、該基板２６ａにおける
トナー担持体２２側表面、即ち上記孔２９の周りに設け
られており、所定の配列に従って配置されている。各リ
ング状電極２７は、例えば直径２２０μｍ、厚さ３０μ
ｍに形成されている。また、各リング状電極２７の開口
部２９・・・は、例えば直径２００μｍに形成されてお
り、トナー担持体２２から対向電極２５へ飛翔するトナ
ー２１の通過部となっている。以下、この通過部をゲー
ト２９と称することとする。尚、制御電極２６とトナー
担持体２２との距離は、特に限定されるものではない。

【００４２】また、ゲート２９・・・の大きさや、基板
２６ａおよびリング状電極２７・・・の材質や厚さ等
は、特に限定されるものではない。上記のゲート２９・
・・、即ちリング状電極２７・・・は、例えば２５６０
個形成されており、各リング状電極２７は、個々に給電
線２８および高圧ドライバ（図示せず）を介して制御電
源部３１（後述する）に電気的に接続されている。上記
個数は、Ａ４判の用紙の横幅における解像度３００ＤＰ
Ｉ（dot per inch）に相当し、１ライン分の画像を形成
する。

【００４３】なお、上記リング状電極２７・・・の個数
は、特に限定されるものではない。また、上記リング状
電極２７・・・表面および給電線２８表面は、厚さ３０
μｍの程度の絶縁体層（図示せず）で覆われており、こ
れにより、リング状電極２７・・・同士の絶縁性、給電
線２８・・・同士の絶縁性、および、互いに接続されて
いないリング状電極２７・・・と給電線２８・・・との
間の絶縁性が確保されている。また、絶縁体層の材質や
厚さ等は、特に限定されるものではない。

【００４４】上記制御電極２６のリング状電極２７・・
・には、制御電源部（制御手段）３１により画像信号に
応じたパルス、即ち、電圧が印加される。つまり、制御
電源部３１は、リング状電極２７・・・に対し、トナー
担持体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向
に通過させる場合には、例えば１５０Ｖの電圧を印加
し、通過させない場合には例えば一２００Ｖの電圧を印
加するようになっている。このように、制御電極２６へ
の付与する電圧（電位）を画像信号に応じて制御し、対
向電極２５におけるトナー担持体２２との対向面側に記
録紙５を送り込むと、記録紙５の表面に画像信号に応じ
たトナー像が形成される。尚、制御電源部３１は、図示
しない画像形成制御ユニットから送られてくる制御電極
制御信号によって制御されている。

【００４５】次に、本画像形成装置による画像形成動作
を図７を利用して説明する。

【００４６】まず、例えば、画像読取り部に複写すべき
原稿が載置され、コピースタートボタン（図示せず）が
操作されると、この入力を受けた主制御部は画像形成動
作を開始させる。即ち、画像読み取り部によって原稿画
像が読み取られ（ステップｎ１）、その画像データが画
像処理部で処理（ステップｎ２）され、画像メモリに記
憶（ステップｎ３）される。この画像メモリに記憶され
た画像デ一タが、画像形成制御ユニツトに転送（ステッ
プｎ４）され、画像形成制御ユニツトでは、入カされた
画像データを制御電極２６に与える制御電極制御信号に
変換し始める（ステップｎ５）。また、画像形成制御ユ
ニツトは、所定量の上記制御電極に供給する制御信号を
得ると、トナー担持体２２が回転駆動（ステップｎ７）
され、支持ローラ１６ａには高圧電源３０によって対向
電極２５と同電位が印加（ステップｎ９）される。帯電
ブラシ１４には帯電電源１８によって帯電電位として
１．２ｋＶが、除電ブラシ３２は除電電源１７によって
除電電位が印加（ステップｎ９）される。

【００４７】ここで、所望の制御電極信号でない場合に
は、ステップｎ６にてこのフローが中断され、エラー表
示（ステップｎ２０）が行われる。また、所望の制御電
極信号であることが確認されれば、上述したように所定
量の制御電極に供給する制御信号を得た時に、上述した
ように対向電極２５及び帯電ブラシ１４、除電ブラシ３
２に所定の高圧が印加される一方、トナー担持体２２の
トナー２１を飛翔させないように、制御電極２６の全て
のリング状電極２７・・・にトナーが飛翔しない電位で
ある−２００Ｖを印加しておく。

【００４８】この後に図示しない駆動装置が作動し、こ
の駆動装置に回転駆動されるピックアップローラ６によ
り、用紙カセット４内の記録紙５が画像形成部１の方向
へ送り出される（ステップｎ１０）。この時正常な給紙
状態であるか否かがステップｎ１１で確認される。つま
り、給紙される記録紙５が搬送経路中の給紙センサにて
検出されると、正常動作であるとしてステップｎ１２に
進む。

【００４９】ここで、ピックアップローラ６によって送
り出された記録紙５は、帯電ブラシ１４と支持ローラ１
６ａ間に搬送される。記録紙５は帯電ブラシ１４と支持
ローラ１６ａとの電位差による電荷を供給され静電気的
に吸着されたまま誘電体ベルト２４の走行に伴って画像
形成部１の印刷部３における誘電体ベルト２４のトナー
担持体２２と対向面側に搬送される。なお、制御電極制
御信号の上記所定量は、画像形成装置等によって異な
る。

【００５０】そして、画像形成制御ユニットは、ステッ
プｎ１２において上記制御電極制御信号を制御電源３１
に供給する。この制御電源制御信号の供給は、上記帯電
ブラシ１４による印字部３への記録紙５の供給タイミン
グに同期したタイミングで行われる。制御電源部３１
は、上記制御電極制御信号に基づいて、制御電極２６の
各リング状電極２７に印加する電圧を制御する。つま
り、制御電源部３１から適宜所定のリング状電極２７に
１５０Ｖもしくは−２００Ｖの電圧が印加され、制御電
極２６付近の電界が制御される。即ち、制御電極２６の
ゲート２９において、画像データに応じてトナー担持体
２２から対向電極２５へのトナー２１の飛翔の阻止と、
その解除とが適宜行われる。これにより、誘電体ベルト
２４の走行によって出紙側に向かって３０ｍｍ／ｓｅｃ
の速度で移動している記録紙５上に、画像信号に応じた
トナー像が形成される。なお、制御電源部３１による上
記本発明による制御については、後に詳細に説明する。

【００５１】トナー像が形成された記録紙５は、支持部
材１６ｂの持つ曲率で誘電体ベルト２４から剥離されて
定着装置１１に搬送されたのちに、この定着装置１１で
トナ像が記録紙５に定着される。トナー像が定着された
記録紙５は、排紙ローラにて排紙トレイ上に排出される
と共に、正常に排出されたことを排紙センサにて検出さ
れる。

【００５２】この検出動作に基づいて、主制御部が印刷
動作の正常な終了を判断する。以上の画像形成動作によ
り、記録紙５上に良好な画像が形成される。本画像形成
装置は、記録紙５上に画像を直接形成するので、従来の
画像形成装置で用いられている感光体や誘電体ドラム等
の顕像体が不用となっている。

【００５３】従って、顕像体から記録紙に画像を転写す
る転写動作が省略されるので、画像の劣化を生じない。
このため、装置の信頼性が向上する。また、装置の構成
か簡単化されると共に、部品点数が削減されるので、小
型化および低コスト化が可能となる。

【００５４】ここで、トナー担持体２２と対向電極２５
との間への電圧印加により生じるトナー担持体２２と対
向電極２５との間のトナー２１の飛翔について考えるこ
ととする。上述したように、トナー担持体２２は接地さ
れており、一方、対向電極２５には２ｋＶの高圧が印加
されている。

【００５５】そしてトナー担持体２２と対向電極２５と
の間には、等間隔で０Ｖから２ｋＶまでの等電位面が形
成されている。そして、対向電極２５はトナー担持体２
２の外周面からの距離が１ｍｍとなるように設けられて
おり、制御電極２６はトナー担持体２２の外周面からの
距離が１００μｍとなるように設けられているので、制
御電極２６のゲート２９・・・中心部（ゲート中心部）
における位置の電位は、約２００Ｖとなっている。尚、
ゲート２９・・・の中心部の電位は、トナー担持体２２
と対向電極２５との間の電位差や、制御電極２６の配設
位置、該ゲート２９・・・の形状等によって決定され
る。

【００５６】この状態で、トナー担持体２２に担持され
たトナー２１を対向電極２５方向に通過させるべく、制
御電源部３１により、制御電極２６のリング状電極２７
・・・に対して１５０Ｖの電圧を一画素あたり例えば１
５０μｓｅｃ印加する。すると、制御電極２６のゲート
２９近傍での等電位面が図３に示すようになる。つま
り、ゲート２９の空間の領域の等電位面が、トナー担持
体２２側に湾曲するようになる。

【００５７】同様に、トナー２１がゲート２９を通過し
ない様な−２００Ｖの電位をリング状電極２７に印加し
た場合には、図４で示すような同電位面を得ることがで
きる。尚、図３及び４に示す等電位面は、本願発明者が
コンピユータを用いたシミユレーションによって求めた
ものである。このように制御電極２６とトナー担持体２
２との間の電界は、制御電極２６に印加する電位によっ
て方向が逆転する。つまり、図３ではトナー担持体２２
に担持されてるトナー２１が対向電極２５側へと飛翔で
きる電界の状態である。また、図４では制御電極２６の
ゲート２９における電界が、トナーに対し遮蔽状態でと
なり、トナー２１の飛翔が阻止される電界の状態であ
る。

【００５８】しかし、制御電極２６と対向電極２５の間
の電界はその強度が多少変化するだけで、その方向は常
に記録紙５面に対して垂直方向となり変化しない。従っ
て、制御電極２６を通過した後の飛翔トナー２１は、制
御電極２６の電位の如何によってその飛翔状態には、ほ
とんど影響を受けることがない。

【００５９】なお、上述の説明においては、トナー２１
を通過させるべく制御電極２６のリング状電極２７・・
・に付与する電位が、１５０Ｖの場合を一例に挙げた
が、該電位は、トナー２１の所望した飛翔制御を行える
なら、特に限定されるものではない。また、制御電極２
６のリング状電極２７に印加する電位を変化させること
により、制御電極２６のゲート２９近傍における等電位
面の膨らみの度合い、つまりトナー担持体２２側に湾曲
する状態を変化させることができる。そのため、ゲート
２９を通過するトナー２１に対して作用する電気力を変
化させることができる。これにより、制御電源部３ｌに
より付与する電位を適宜変化させることにより、記録紙
５上に形成される画像のドット径（ＦＬ）を任意に調節
することかできる。

【００６０】なお、トナー２１の通過を阻止すべく制御
電極２６のリング状電極２７・・・に付与する電位は、
特に限定されるものではない。上記の電位は、具体的に
は、例えば実験等を行うことにより決定すればよい。

【００６１】ここで、画像形成装置がＡ４判の記録紙５
を縦方向（長手方向）に６枚／分の速さで処理すること
ができる処理能力を有しているとすると、対向電極２５
上における記録紙５の移動速度は、およそ３０ｍｍ／ｓ
ｅｃとなる。そして、解像度が３００ＤＰＩであるとす
ると、記録紙５上に形成される画像のドット１つ当たり
にかかる処理時間、即ち制御電極部３１からリング状電
極２７・・・に画像信号に応じて印加されるパルス幅Ｔ
（ｓｅｃ）は、およそ２．８×１０^-3ｓｅｃ以下とな
る。

【００６２】トナー２１がトナー担持体２２から対向電
極２５に沿って送られる記録紙５に飛翔する時間ｔは、
上述で説明した各種条件において計算と高速度カメラに
よる測定では約２２０μｓｅｃであり、トナー担持体２
２から制御電極２６に飛翔する時間ｔ０は、約１４０μ
ｓｅｃである。従来では、リング状電極２７に印加され
るトナー２１を飛翔させるために印加される電位のパル
ス幅Ｔは、飛翔時間ｔとの関係において、ｔ＜Ｔに設定
している。そのため、上記パルス幅Ｔの時間に制約され
て、記録速度を上げることができなかった。

【００６３】そこで、本発明はトナー２１は制御電極２
６の位置を通過すれば、図３及び図４に示すように制御
電極のリング状電極２７に印加する電位に関係なく、制
御電極２６と対向電極２５間の電界方向が一定であるた
め、そのまま対向電極２５側へと飛翔し、記録紙５上に
到達する。そのため、トナー２１をゲート２９を通過さ
せるべく印加する電位（１５０Ｖ）を、トナー２１がリ
ング状電極２７を通過した後にトナー２１がゲート２９
を通過しないような電位（−２００Ｖ）に切り替えて
も、飛翔中のトナーは引き続き飛翔を継続し、記録紙５
上に到達して画像を形成する。

【００６４】この実施形態において、トナー２１を飛翔
させるために制御電極２６のリング状電極２７に印加す
る電位のパルス幅Ｔは、１８０μｓｅｃとすれば、十分
に飛翔したトナーが記録紙５へと到達する。トナー担持
体２２表面における、上記ゲート２９に対応する位置に
担持されたトナー２１を飛翔させるのに要する時間、即
ちゲート２９を通過するさせるべく制御電極２６に付与
する電位が印加される時間（パルス幅）をＴとすると、
制御電極２６に印加される電位は、所望の画像データに
より図５のようになる。図５においては、上記飛翔時間
ｔとパルス幅Ｔとの間には、ｔ＝２２０μｓｅｃ＞Ｔ＝
１５０μｓｅｃ＞ｔ０＝１４０μｓｅｃの関係が成立し
ている。つまり、トナーを飛翔させる電位として１５０
Ｖを制御電極２６のリング状電極２７に印加する期間で
あるパルス幅Ｔを１５０μｓｅｃとして、その後にトナ
ーの非飛翔電位として−２００Ｖをリング状電極に印加
する。

【００６５】上記−２００Ｖを印加した時点で、飛翔し
たトナー２１は記録紙５へと飛翔するが、トナー担持体
２２上のトナーの飛翔は阻止される。そのため、次のラ
インを形成するためにトナーを飛翔さための時間を短縮
できる。つまり、飛翔させる電位（１５０Ｖ）に立ち上
げる時間的な周期Ｔ０を短縮できるため、結果としてト
ナーの飛翔時間を従来と同様にしても、周期Ｔ０を従来
より短くできる分、記録速度を上げることが可能にな
る。

【００６６】通常、上述に説明したような画像形成装置
ではプロセススピードを上げるためには、トナー２１の
飛翔速度を上げ、対向電極２５の位置である記録紙５に
到達するまでの飛翔時間を短くする必要があった。その
ために、トナーの帯電量や印加する電界の大きくする対
策た取られるが、トナーを使用するプロセスにおいて
は、帯電量を制御することが非常に困難であると同時
に、トナー物性を変える必要がある。また、印加する電
界を強くすることは高い電圧が必要で、電圧の上昇に伴
う電源のコストアップや、絶縁対策を強化する等の必要
性が生じる。

【００６７】この点、上述した本発明によれば、トナー
の飛翔速度を全く変える必要がなく、トナーを使用する
プロセスにおいては帯電量制御など、最も困難なトナー
物性を制御する必要がなくなる。即ち、トナー２１の飛
翔時間を変えることなく、必要に応じてプロセススピー
ドの向上、また解像度の向上が容易になる。また、同様
にトナーの飛翔速度を変える必要がないので、トナー飛
翔時間短縮に必要な対向電極２５に印加する更なる高圧
電位の必要がないので、高圧電源のコストアップがな
く、また高圧の印加に伴う更なる絶縁対策の必要性もな
くなる。

【００６８】また、この実施形態ではゲート２９を必要
なトナー２１が通過した後に、制御電極２６の電位を変
えるので飛翔すべき、トナー２１が確実に記録紙５に到
達して、トナー２１の飛翔不良が発生することもなく、
濃度低下や画像劣化も生じない。

【００６９】以上の実施形態の説明では、制御電極２６
として図２のようなシングルドライブの制御電極を使用
したが、制御電極の形状は図６のようにマトリクスドラ
イブを使用した構成でも同様に実施できる。マトリクス
ドライブは必要なドライブ数が大幅に削減できるのでコ
ストダウンを図れる効果がある。

【００７０】図６に示すように制御電極２６は、基板２
６ａの表面及び裏面に帯状電極群２７ａと２７ｂを互い
に直交する状態で形成されている。表裏面の帯状電極郡
２７ａ及び２７ｂが交差するそれぞれの位置に、トナー
流を通過させるゲート２９が形成されている。

【００７１】そして、表面の帯状電極郡２７ａには、例
えば画像信号に応じたトナー飛翔電位を印加する。また
裏面の帯状電極郡２７ｂには、周期的に切換えられる走
査信号に応じたトナー飛翔電位を印加する。これによ
り、ゲート２９の交差する表裏面の帯状電極郡２７ａ及
び２７ｂに同時にトナー飛翔電位が印加された状態で、
トナー担持体２２のトナー２１が飛翔され、ゲート２９
を通過後に、対向電極２５へと飛翔されることになる。

【００７２】このような構成の制御電極２６において
も、対向電極２５に対向する方向の電極郡に上記制御
（例えばトナー２１飛翔時には１５０Ｖを１８０μｓｅ
ｃ印加）しても上述の場合と同様の効果が得られる。つ
まり、特に裏面の帯状電極群２７ｂを通過したタイミン
グで、該電極群２７ｂに印加する電位をトナーが飛翔し
ない状態に切換ることようにすればよい。つまり、トナ
ー担持体２２から対向電極２５側へとトナーが飛翔する
時間ｔ、及び制御電極２６の裏面の帯状電極群２７ｂを
通過する時間ｔ０において、上記裏面の帯状電極群２７
ｂに印加する継続時間Ｔをｔ０＜Ｔ＜ｔに設定する。

【００７３】以上のような電位の印加時間により、図５
のタイミングチャートに示すような周期Ｔ０に応じて制
御すれば、同様の効果を奏することができる。また、こ
の場合には、上述したようにマトリクス駆動になること
から、各電極郡２７ａ及び２７ｂに電位を印加する駆動
回路が必要だけで、その回路が非常に簡略され、コスト
低減を可能にできる。

【００７４】なお、この実施形態においては、顕像化粒
子がトナーである場合を例に挙げて説明したが、顕像化
粒子はインク等であってもよい。また、本実施の形態に
おいて図２に示すように、制御電極２６がリング状電極
２７・・・を備えた構成である場合を例に挙げて説明し
たが制御電極２６の構成は、特に限定されるものではな
い。例えば、リング状電極２７・・・を設ける代わり
に、制御電極２６の基板２６ａの両面に図６にて説明し
たように複数本の帯状電極をマトリックス状となるよう
に設け、互いに直交する該帯状電極に印加する電圧を制
御することにより、トナー担持体２２から対向電極２５
へのトナー２１の飛翔を制御する構成とすることもでき
る。

【００７５】さらに、トナー供給部２の構成を、イオン
フロー法を適用した構成とすることも可能である。つま
り、画像形成部１は、コロナ帯電器等のイオン源を備え
た構成となっていてもよい。この場合においても、上記
と同様の作用効果を奏することができる。

【００７６】本発明にかかる画像形成装置は、例えば、
ディジタル複写機およびファクシミリ装置の印字部や、
ディジタルプリンタ、プロッタ等に好適に適用すること
ができる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように画像形成装置は顕像
化粒子を通過させるべく制御電極に付与する電位の継続
時間が顕像化粒子、例えばトナーが飛翔するのに必要な
時間よりも短くしたことで、トナーの特性を変えるこ
と、トナーに与える電界を強めることなくプロセススピ
ードがアップするまたは解像度アップが可能となる。

【００７８】また制御電極には、顕像化粒子を通過させ
るべく付与する電位の継続時間を、顕像化粒子が飛翔す
るのに必要な最低限の時間よりも長いので飛翔不良が起
きることなく飛翔不良に伴う画像の濃度低下を初めとす
る画像劣化がない。

【００７９】また、以上のように、顕像化粒子を通過さ
せるべく制御電極に付与する電位の継続時間を、顕像化
粒子が飛翔するのに必要な最低限の時間よりも長く、顕
像化粒子が飛翔するのに必要な時間よりも短いので、顕
像化粒子の特性を変えること、顕像化粒子に与える電界
を強めることなくプロセススピードがアップし、または
解像度アップが可能となると同時に飛翔不良が起きない
ので飛翔不良に伴う濃度低下を初めとする画像劣化がな
い。

【００８０】ここで、制御電極としてマトリクス状態に
顕像化粒子を飛翔する状態を制御するようにすれば、当
然制御電極に電位を印加する回路が簡単になり、コスト
低減を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による画像形成装置の全体構成を示す概
略の断面図である。

【図２】本発明における画像形成装置が備える制御電極
の一部の詳細な構成を示す平面図である。

【図３】本発明のトナーの飛翔原理を説明するためのも
のであり、トナーが飛翔する時の等電位面を示す説明図
である。

【図４】本発明のトナー飛翔原理を説明するためのもの
で、トナーが飛翔しない時の等電位面を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の制御電極に印加されるタイミングを示
すタイミングチャートである。

【図６】本発明の制御電極の他の具体例を示すもので、
マトリクス構成を有する制御電極の平面図である。

【図７】記録制御動作の流れを示すフローチャートであ
る。

【図８】従来の画像形成装置の画像形成原理を説明する
ための断面図である。

【符号の説明】

１画像形成部２トナー供給部３印刷部５記録紙（記録媒体）２１トナー（顕像化粒子）２２トナー担持体２５対向電極２６制御電極２７リング状電極２９ゲート３０高圧電源部（制御手段）３１制御電源部（制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】顕像化粒子を担持する担持体と、該担持
体に対向して配置された対向電極と、これら担持体と対
向電極との間に配置され顕像化粒子の通過部となる複数
のゲートを有する制御電極と、上記担持体と対向電極と
の間に所定の電位差を生じさせる電位を付与すると共
に、上記制御電極に付与する電位を変化させることによ
り顕像化粒子の上記ゲートの通過を制御して画像を形成
する制御手段とを備えた画像形成装置において、上記制御手段は、顕像化粒子を対向電極側へと飛翔させ
るべく上記制御電極に付与する電位の継続時間が、上記
担持体から対向電極へ上記顕像化粒子が移動するのに要
する時間よりも短く設定したことを特徴とする画像形成
装置。
【請求項２】顕像化粒子を担持する担持体と、該担持
体に対向して配置された対向電極と、これら担持体と対
向電極との間に配置され顕像化粒子の通過部となる複数
のゲートを有する制御電極と、上記担持体と対向電極と
の間に所定の電位差を生じさせる電位を付与すると共
に、上記制御電極に付与する電位を変化させることによ
り顕像化粒子の上記ゲートの通過を制御して画像を形成
する制御手段とを備えた画像形成装置において、上記制御手段は、顕像化粒子を対向電極側へと飛翔させ
るべく上記制御電極に付与する電位の継続時間が、上記
担持体から制御電極へ上記顕像化粒子が移動するのに要
する時間よりも長く設定したことを特徴とする画像形成
装置。
【請求項３】顕像化粒子を担持する担持体と、該担持
体に対向して配置された対向電極と、これら担持体と対
向電極との間に配置され顕像化粒子の通過部となる複数
のゲートを有する制御電極と、上記担持体と対向電極と
の間に所定の電位差を生じさせる電位を付与すると共
に、上記制御電極に付与する電位を変化させることによ
り顕像化粒子の上記ゲートの通過を制御して画像を形成
する制御手段とを備えた画像形成装置において、上記制御手段は、顕像化粒子を対向電極側へと飛翔させ
るべく上記制御電極に付与する電位の継続時間が、上記
担持体から制御電極へ上記顕像化粒子が移動するのに要
する時間よりも長く、かつ上記担持体から対向電極へ上
記顕像化粒子が移動するのに要する時間よりも短く設定
したことを特徴とする画像形成装置。