JPH0948150A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーの流れを低い電圧で適確に制御するこ
とができ、必要な画像濃度およびコントラストを容易に
得ることが可能な画像形成装置を提供することを目的と
している。 【解決手段】 制御電極４とトナー担持ローラ１４の
間には、制御電圧印加回路８が接続されている。制御電
圧印加回路８は、送られてくる画像データに基いて制御
電極４に対して−３０Ｖ、もしくは＋３０Ｖの電圧を印
加するように構成されている。そして、制御電極４に＋
３０Ｖの電圧を印加した場合、開口部６をトナー１６が
通過して記録媒体２０上に画素が形成される。画素を連
続して形成するために＋３０Ｖの電圧の印加が連続する
場合、各画素形成時間の最後に−３０Ｖの電圧を印加し
て、アパチャ電極体１の制御電極４部分の裏面に付着し
たトナー１６をトナー担持ローラ１４側に戻してトナー
１６の供給効率を高くして高濃度の画像部を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、ファクシミリなど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、この種の画像形成装置の１つとし
て、たとえば、特開平６−１５５７９８号公報に示され
るように、複数の小さな開口部（アパチャ）が形成され
たアパチャ電極体に画像信号による駆動信号を印加する
ことにより、所定の極性に帯電されたトナー粒子のアパ
チャ通過を制御し、通過したトナー粒子により印字用紙
等の媒体上に画像を記録するようにした画像形成装置が
提案されている。

【０００３】この画像形成装置では、複数の開口部を列
状に配置した絶縁性シートからなるアパチャ電極体を、
その一面側がトナー担持ローラの周面に対向するように
配置すると共に、そのアパチャ電極体のトナー担持ロー
ラと反対側の面、すなわち、記録媒体と対向する側の面
に、帯電したトナーの開口部通過を制御する制御電極を
各開口部毎に区分して設置し、さらに、所定の極性の電
圧が印加された背面電極ローラを、記録媒体の裏面側に
接触するように配置して、前記開口部から引き出された
トナーを、静電気力で記録媒体の表面に向かって飛翔さ
せるようにしている。

【０００４】この画像形成装置によれば、制御電極によ
る電界が、制御電極と開口部の内部、およびその開口部
と対向するトナー担持ローラのトナー担持面との間に形
成されるので、担持されるトナーに直接、制御電界を印
加できるため、制御効率がよく、また、供給されるトナ
ーの一部が、アパチャ電極体との接触により機械的な力
等を受け、非画像部に対応する開口部内に進入しても、
開口部内部の電界で開口部を通過しないように制御でき
るため、トナーの制御性も良い。よって、高画質の画像
を容易に得ることができる。さらに、トナー担持ローラ
とアパチャ電極体とがトナー層を挟んで対向しているの
で、それらを比較的近距離に配置することができ、低い
制御電圧でもトナーの流れを適確に制御することができ
る。従って、高価な制御用駆動素子等を必要とせず、安
価で、しかも信頼性が高い等の優れた効果が期待でき
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の画像形成装置では、制御電極にオン電圧
を印加すると、アパチャ内にトナーを引き出す電界と共
に制御電極下に、より強い電界が形成されるため、アパ
チャ電極体のトナー担持ローラー側の面にトナーが付着
しアパチャ下へのトナーの供給が妨げられていた。その
結果、特に印字画素が連続する時、濃度が上がらずコン
トラストが低下するという欠点がある。

【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであって、必要な画像濃度およびコン
トラストを容易に得ることが可能な画像形成装置を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の画像形成装置は、荷電粒子
が通過するための複数の荷電粒子通過部が少なくとも１
列並んで形成されると共にその複数の荷電粒子通過部の
各々に対応する制御電極を有する電極アレーと、その電
極アレーの荷電粒子通過部に荷電粒子を供給するための
荷電粒子供給手段と、複数の荷電粒子通過部に荷電粒子
を選択的に通過させるために各荷電粒子通過部の電界を
制御する制御手段とを備え、荷電粒子通過部を通過した
荷電粒子を記録媒体に付着させて複数の画素からなる画
像を記録する画像記録装置において、制御手段は、荷電
粒子が荷電粒子通過部を通過するための電界の発生中に
少なくも１度逆電界もしくは無電界を発生させる。この
逆電界もしくは無電界の発生によって、電極アレーの荷
電粒子供給手段側の面に荷電粒子が付着して荷電粒子通
過部への荷電粒子の供給が妨げられることなく、必要な
画像濃度およびコントラストが得られる。

【０００８】また、請求項２記載の画像形成装置は、制
御手段が１画素形成毎に逆電界もしくは無電界を発生さ
せる。

【０００９】そして、請求項３記載の画像形成装置は、
制御手段が１画素形成時間内における最初と最後との一
方の予め定められた所定時間に逆電界もしくは無電界を
発生させる。

【００１０】更に、請求項２記載の画像形成装置は、荷
電粒子を担持する荷電粒子担持体と、画像形成電界を発
生することにより荷電粒子担持体が担持する荷電粒子の
流れを制御する荷電粒子流制御手段とを備えた画像形成
装置において、荷電粒子流制御手段が前記画像形成電界
発生中に少なくも１度逆電界もしくは無電界を発生す
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一つの
実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【００１２】図１は、本実施の形態の画像形成装置の概
略構成図であり、その下部に荷電粒子供給手段としての
トナー供給装置１０が設けられると共に、トナー供給装
置１０の上部には、トナー流の制御を行う電極アレーと
してのアパチャ電極体１が設けられている。このアパチ
ャ電極体１の上方には、およそ１ｍｍの間隔を保持して
背面電極ローラ２２が回転可能に配設されている。ま
た、アパチャ電極体１と背面電極ローラ２２の間隙に
は、背面電極ローラ２２の図１に示す矢印Ｄ方向への回
動によって、さらには、搬送ローラ１９の回転等によっ
て、用紙等の記録媒体２０が図１に示す矢印Ｃ方向に搬
送されると共に、その搬送先には、一対の加圧ローラと
加熱ローラとからなる熱定着装置２６が配設されてい
る。なお、この熱定着装置２６は、加熱定着方式や圧力
定着方式のいずれのタイプのものでも置換え可能であ
る。

【００１３】次に、上記各構成要素の詳細を説明する
と、先ず、前記トナー供給装置１０は、図１に示される
ように、装置全体のハウジングを兼ねるトナーケース１
１が設けられ、そのトナーケース１１内に、荷電粒子と
してのトナー、望ましくは絶縁性のトナー１６が収納さ
れるとともに、トナー１６を担持してアパチャ電極体１
に向かって搬送するための円筒形の荷電粒子担持体とし
てのトナー担持ローラ１４が、図１に示す矢印Ｂ方向に
回動可能に設けられている。また、トナー担持ローラ１
４の左斜め下方には、トナーケース１１に収容されてい
るトナー１６をトナー担持ローラ１４に給送する円筒形
の供給ローラ１２が、図１に示す矢印Ａ方向に回転可能
に設けられている。そして、供給ローラ１２とトナー担
持ローラ１４とは、それらの円筒面の母線が接するよう
に互いに平行に配設されている。

【００１４】さらに、トナーケース１１内において、前
記トナー担持ローラ１４の左斜め上方には、同担持ロー
ラ１４により担持されるトナー１６の量をローラ面上で
均一になるように調整するとともに、そのトナー１６を
所定の極性、ここでは負極性（マイナス）に均一に帯電
させるための帯電ブレードを兼ねたトナー層規制ブレー
ド１８が設けられている。

【００１５】前記アパチャ電極体１は、図２に詳細に示
されるように、たとえば、厚さ２５μｍ程度のポリイミ
ド製の絶縁性シート２から構成され、その絶縁性シート
２に、直径６０μｍ程度の多数の荷電粒子通過部として
の開口部（アパチャ）６がアパチャ電極体１の長手方向
に一列に並んで形成されている。また、その開口部６の
周囲には、厚さ８μｍ程度の銅、あるいは、金等の導電
性金属パターンからなる制御電極４が各開口部６毎に形
成されている。

【００１６】ここにおいて、アパチャ電極体１の開口部
６とトナー担持ローラ１４との位置関係の詳細を説明す
ると、図１に示されるように、各開口部６は各々の中心
線がトナー担持ローラ１４の周面の最上部分と、トナー
担持ローラ１４の中心軸とを通過するように配置されて
いる。これによれば、各開口部６は、トナー担持ローラ
１４の周面の最上部分を基準として、左右に均等に配置
されることにより、各開口部６を通過するトナー１６の
分布を開口部６内の全域で均一にすることができる。し
かも、開口部６の壁面とトナー１６の飛翔方向とが平行
であるため、安定してトナーを飛翔させることができ
る。

【００１７】また、アパチャ電極体１自体は、トナー担
持ローラ１４に対して、開口部６を中心として記録媒体
２０の搬送方向の上流側と下流側とで同じ角度（３度程
度）だけ左右にたわむように圧接されている。これによ
り、アパチャ電極体１とトナー担持ローラ１４との接触
面積を大きくすることができると共に、開口部６の下部
周辺を左右均一に圧接することができるため、トナーの
濃度ムラが発生することを極力抑えることができる。

【００１８】なお、前記制御電極４とトナー担持ローラ
１４の間には、制御手段としての制御電圧印加回路８が
接続されている。制御電圧印加回路８は、図示しない画
像信号受信手段から送られてくる画像信号に基いて制御
電極４に対して−３０Ｖ、もしくは＋３０Ｖの電圧を印
加するように構成されている。尚、図示しない画像信号
受信手段は、外部のコンピュータや画像読取装置や画像
通信装置等に接続されいる。よって、このアパチャ電極
体１と制御電圧印加回路８とが本発明の荷電粒子流制御
手段を構成している。

【００１９】次に、この制御電圧印加回路８の構成を図
３を参照してより詳細に説明する。制御電圧印加回路８
は、図示しない画像信号受信手段から送られてくるシリ
アル形式の画像データ４７をパラレルに変換するシリア
ルパラレル変換器４４、シリアルパラレル変換器４４の
パラレル出力を保持するラッチ回路４３、ラッチ回路の
４３の出力により、−３０Ｖもしくは＋３０Ｖを出力す
る駆動回路４１から構成されている。但し、ラッチ回路
４３と駆動回路４１の間にはクリア信号４５によって駆
動回路４１への入力を入り切りするＡＮＤ回路４２が設
けてある。

【００２０】また、背面電極ローラー２２には、直流高
圧電源からなる背面電圧印加回路２４が接続されてお
り、背面電極ローラ２２に対して＋１ｋＶ程度の高電圧
を印加し得るようになっている。

【００２１】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作を説明する。

【００２２】先ず始めに、供給ローラ１２が図１に示す
矢印Ａ方向に回動することにより、トナーケース１１内
に収容されているトナー１６は、トナー担持ローラ１４
に向けて搬送される。そして、供給ローラ１２から供給
されてきたトナー１６は、トナー層規制ブレード１８に
よってトナー担持ローラ１４に擦りつけられ、薄層化さ
れるとともに、所定の極性、ここでは負極性（マイナ
ス）に帯電させられて、トナー担持ローラ１４上に薄く
均一な厚みのトナー層となって担持される。

【００２３】そして、トナー担持ローラ１４に担持され
たトナー１６は、トナー担持ローラ１４が矢印Ｂ方向に
回転するに伴って、トナー担持ローラ１４の円筒形のロ
ーラ表面に担持されたまま、アパチャ電極体１に向けて
搬送され、アパチャ電極体１の絶縁性シート２の下面と
接触する。このことによって、トナー１６の粒子は担持
ローラ１４上で転動するため、担持ローラー１４との付
着力が緩和されつつ開口部６下に供給される。

【００２４】従って、トナー担持ローラ１４との付着力
が充分に緩和された状態で、アパチャ電極体１の開口部
６下に供給されるトナー１６は、低い制御電圧で開口部
６の通過を制御することが可能であり、画像データに応
じてトナー１６の流れを適確に制御することができる。

【００２５】たとえば、画像データに応じて、その画素
に対応する制御電極４に対し、制御電圧印加回路８から
＋３０Ｖの正電圧が印加されると、その制御電極４に対
応する開口部６の近傍には、制御電極４とトナー担持ロ
ーラ１４の間の電位差（画像形成電界）により、制御電
極４よりトナー担持ローラ１４に向かう電気力線が形成
される。それにより、負極性（マイナス）に帯電されて
いるトナー１６は電位の高い方向に静電力を受け、トナ
ー担持ローラ１４上から開口部６を通過して制御電極４
側に引き出される。この引き出されたトナー１６は、さ
らに、背面電極ローラ２２に印加されている＋１ｋＶの
高電圧によって、記録媒体２０とアパチャ電極体１との
間に形成される電界により、記録媒体２０に向かって飛
翔し、同媒体２０上に堆積してドット状の画素を形成す
る。

【００２６】また、非画像部に対応する制御電極４に
は、制御電圧印加回路８から０Ｖ、あるいは−３０Ｖの
負電圧が印加される。その結果、トナー担持ローラ１４
と制御電極４との間には、制御電極４よりトナー担持ロ
ーラ１４に向かう電界が形成されず（無電界）、開口部
６を通過し得ない。しかも、このとき、−３０Ｖの負電
圧が印加されるようにした場合は、トナー担持ローラ１
４よりも低い電圧が制御電極４に印加されるため、それ
らの間に前記画像部に対応する電界とは逆の電界（逆電
界）が形成されることとなり、トナー１６の飛翔がより
効果的に抑止される。よって、かぶりの少ない画像が形
成されることとなる。

【００２７】次に、制御電圧印加回路８の動作を図３と
図４を参照して説明する。

【００２８】画像形成は画像幅１列づつ画像形成時間間
隔で行われる。画素形成時間は記録媒体搬送方向に１画
素形成する時間であり、例えば記録媒体搬送速度を２５
ｍｍ／ｓで１ｍｍあたり１６画素とすると、画素形成時
間は２．５ｍｓである。

【００２９】図３に示すように、１列分の画像データ４
７は１画像形成時間内にシリアルパラレル変換器４４に
送られ、画像形成時間間隔でラッチ回路４３に入力され
るラッチ信号４６により、ラッチ回路４３に保持され
る。ラッチ出力４８はＡＮＤ回路４２により画素形成時
間毎のクリア信号４５との論理積として駆動回路４１に
入力される。

【００３０】この結果、駆動回路４１の出力信号４９は
前述したように画像部では＋３０Ｖ、非画像部で―３０
Ｖとなるが、画像部が連続する場合にも１画素形成時間
毎に―３０Ｖのパルスが加えられる。即ち、図４に示す
ように、画像データ４７に従ってラッチ出力４８にオン
状態が連続しても、各画素形成時間内の最後の予め定め
られた短い所定時間にクリア信号４５がオフ状態とな
り、その結果、駆動回路４１の出力信号４９は、画像部
が連続する場合にも１画素形成時間毎に―３０Ｖのパル
スが加えられるのである。

【００３１】一方、アパチャ電極体１と背面電極ローラ
２２との間隙を通って搬送される記録媒体２０は、その
面上にトナー１６によって１列の画素が形成される間
に、開口部６の列と直交する方向に１画素分送られる。
そして、上記のプロセスを繰り返すことにより、記録媒
体２０の全面にトナー像が形成される。その後、記録媒
体２０に形成されたトナー像は、熱定着装置２６によっ
て記録媒体２０上に定着される。

【００３２】発明者の検討によると、１画素形成時間内
に印加するオン電圧パルスの時間と画像濃度には図５に
示すようにほぼ比例関係があるが、オン電圧時間がある
値以上になると逆に濃度が低下することがわかってい
る。これは、アパチャ電極体のトナー供給側のアパチャ
近傍、特に制御電極４の裏面にオン電圧印加中にトナー
が付着し、そのトナーが続いて供給されるトナーを阻害
するため、濃度が下がると思われる。そこで、画像部が
連続するなどオン電圧の印加時間が長くなるときには一
定の時間毎にオフ電圧を印加し制御電極裏面に付着した
トナーを担持ローラー側に戻すことで、トナーの供給効
率が高くなりより高濃度の画像部が得られるのである。

【００３３】なお、本実施の形態の画像形成装置では、
連続画像部形成時に１画素形成時間毎にオフ電圧を１度
印加する構成としたが、これは、プリント速度、トナー
供給速度等により１画素中に１度以上（例えば、画素形
成時間内の最初、または中間）、オフ電圧を印加する構
成としてもよい。ただし、本実施の形態のように１画素
形成時間内の最後に１度だけ短いオフ電圧を印加する場
合のほうが１画素形成時間内のオン電圧の印加時間を長
くすることができるので、より高濃度の画像部が得られ
る。

【００３４】または、複数画素毎に１度だけオフ電圧を
印加する構成としてもよいが、１画素形成毎にオフ電圧
を印加したほうが、確実にトナー１６を排除できるので
有利である。

【００３５】また、上記実施の形態の画像形成装置では
駆動回路の出力を＋３０Ｖ、―３０Ｖとしたが、これは
トナーの帯電極性により正負を逆にしてもよく、また、
オフ電圧を０Ｖとしてもよい。オフ電圧を０Ｖとしたと
き、制御回路の構成が簡単になる効果がある。

【００３６】さらに、上記実施の形態の画像形成装置で
はトナー１６として絶縁性トナーを使用しているので、
トナー担持ローラ１４と制御電極４の間の絶縁性を確保
することができ、開口部６を誤って絶縁破壊する虞れが
ない。

【００３７】また、トナー供給系の不具合でトナー担持
ローラ１４上にトナー１６が存在しなくなった場合で
も、アパチャ電極体１の絶縁性シート２によって、制御
電極４とトナー担持ローラ１４との間の絶縁性が確保さ
れるので、それら制御電極４とトナー担持ローラ１４と
が、誤って電気的に短絡することがなく、制御用の駆動
素子等を壊す虞れもない。

【００３８】また、上記実施の形態においては、電極ア
レーとして、円形の開口部６を一列に設けたアパチャ電
極体１を用いたが、たとえば、三角形、あるいは四角形
等の角形開口部であってもよいし、特表平１−５０３２
２１号公報に記載されるようなメッシュ状の電極体、ま
たは、特開平６−２５５１６３公報に記載された記録エ
ッジ部を有するエッジ電極体を用いることも可能であ
る。

【００３９】よって、本実施の形態の画像形成装置によ
れば、連続画素形成時において電界を印加した後、一時
的にその電界方向と逆の電界もしくは無電界を印加す
る。このとき、アパチャ電極体１に付着したトナー１６
がトナー担持ローラ側に戻されるので、付着したトナー
１６が供給トナーを妨げることなく、高濃度の連続画素
がプリントされる。よって、高コントラストの画像を形
成し得る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明の請求項１の画像形成装置によれば、電極アレー
の荷電粒子供給手段側の面に荷電粒子が付着して荷電粒
子通過部への荷電粒子の供給が妨げられることなく、必
要な画像濃度およびコントラストを容易に得ることがで
きる。

【００４１】また、請求項２の画像形成装置によれば、
１画素形成毎に荷電粒子の付着を防止するため、より必
要な画像濃度およびコントラストを容易に得ることがで
きる。

【００４２】そして、請求項３の画像形成装置によれ
ば、１画素形成時間内における最初と最後との一方に逆
電界もしくは無電界を発生させるため、荷電粒子の荷電
粒子通過部の通過のための電界の発生時間を長く取れる
ので、より必要な画像濃度およびコントラストを容易に
得ることができる。

【００４３】更に、請求項４の画像形成装置において
も、必要な画像濃度およびコントラストを容易に得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一つの実施の形態の画像形
成装置を示す概略構成図である。

【図２】上記画像形成装置に用いられるアパチャ電極体
を上方から視た一部切欠斜視図である。

【図３】上記画像形成装置に用いられる制御電圧印加回
路の構成の一部を表す図である。

【図４】上記制御電圧印加回路の信号タイミングを表す
図である。

【図５】上記画像形成装置における制御電圧印加パルス
幅と形成画像濃度の関係を表すグラフである。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 ４ 制御電極 ６ 開口部 ８ 制御電圧印加回路 １０ トナー供給装置 １４ トナー担持ローラ １６ トナー ２０ 記録媒体 ４１ 駆動回路 ４２ ＡＮＤ回路 ４３ ラッチ回路 ４４ シリアルパラレル変換器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子が通過するための複数の荷電粒
   子通過部が少なくとも１列並んで形成されると共にその
   複数の荷電粒子通過部の各々に対応する制御電極を有す
   る電極アレーと、その電極アレーの荷電粒子通過部に荷
   電粒子を供給するための荷電粒子供給手段と、複数の荷
   電粒子通過部に荷電粒子を選択的に通過させるために各
   荷電粒子通過部の電界を制御する制御手段とを備え、荷
   電粒子通過部を通過した荷電粒子を記録媒体に付着させ
   て複数の画素からなる画像を記録する画像記録装置にお
   いて、 前記制御手段は、前記荷電粒子が前記荷電粒子通過部を
   通過するための電界の発生中に少なくも１度逆電界もし
   くは無電界を発生させることを特徴とする画像形成装
   置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、１画素形成毎に前記逆
   電界もしくは無電界を発生させ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】 前記制御手段は、１画素形成時間内にお
   ける最初と最後との一方の予め定められた所定時間に前
   記逆電界もしくは無電界を発生させることを特徴とする
   請求項２記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 荷電粒子を担持する荷電粒子担持体と、
   画像形成電界を発生することにより荷電粒子担持体が担
   持する荷電粒子の流れを制御する荷電粒子流制御手段と
   を備えた画像形成装置において、 前記荷電粒子流制御手段は、前記画像形成電界発生中に
   少なくも１度逆電界もしくは無電界を発生することを特
   徴とする画像形成装置。