JPH0970999A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トナーケース１１内の２色のトナー１６の混
合比を変えることなく、ランニングコストに優れ安定し
た印字の可能な画像形成装置を実現する。 【解決手段】 トナーケース１１内にはマイナスに帯電
した黒トナーとプラスに帯電した赤トナーとが蓄えられ
ており、トナー担持ローラ１４がそれらのトナーをアパ
チャ電極体１に供給し、アパチャ電極体１がそれらの
黒、赤トナーを選択的に画像記録媒体２０に飛翔させて
カラー画像を形成する。また、トナー回収機構４０は画
像記録媒体２０に飛翔しなかったトナーを黒トナーと赤
トナーとに選別して回収して、黒トナーと赤トナーとを
１対１の割合でトナーケース１１内に戻すことにより、
トナーケース１１内の黒トナーと赤トナーとの混合比を
一定に保つ。

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、プロッタ、ファクシミリなどに利用し得る画像形成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、画像形成装置の１つとして、複数
の小さな孔（以下、アパチャと称する）を有したアパチ
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、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画像記録媒体上に画像を得る
画像形成装置が、特開平６−１５５７９８号公報等にお
いて開示されている。

【０００３】このような画像形成装置は、図６に示すよ
うに、アパチャ電極体１０１を挟んで、トナー担持ロー
ラ１１４と画像記録媒体１２０とを対向させ、さらに、
画像記録媒体１２０の背面に背面電極ローラ１２２を設
けた構成となっている。また、この画像形成装置１００
では、アパチャ電極体１０１は、図２に示すように、厚
さ２５μポリイミド製の絶縁シート１０２に直径１００
μｍの複数のアパチャ１０６が、アパチャ電極体１０１
の長手方向に一列に形成され、当該アパチャ１０６の周
囲に厚さ１μｍ、幅２０μｍの銅箔からなる制御電極１
０４が各々形成されている。このアパチャ電極体１０１
は、図６に示すように、制御電極１０４が設けられてい
る面を画像記録媒体１２０に対向して配置されている。
この画像形成装置では、制御電極１０４に制御電圧印加
回路１０８から画像信号に応じた制御電圧を印加して、
トナー担持ローラ１１４が担持するトナー１１６の飛翔
を制御し、画像記録媒体１２０上に画像を形成してい
る。

【０００４】さらに、このような記録方式を利用して各
種のカラー印字機構が考案されている。例えば、本願出
願人による特願平６−１０７８９号の明細書及び図面に
説明されているような異なる特性を有するイエロー、マ
ゼンタ、シアンの３色のトナーを混合して、異なる電圧
を印可することにより同一のアパチャ電極体で、複数の
トナーを出力することができるようにしたものが提案さ
れている。この方法を利用すると、通常は３ユニット必
要となるカラー出力機の構成が、１ユニットで可能とな
り非常に優れた方法となっている。

【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、一つにユニット内に
複数のトナーを入れて印字するため、一方のトナーだけ
が消費されることが発生することがあった。すなわち担
持ローラに載せられた３色のトナーが、画像データに応
じてそれぞれ個別に消費されるため、そのトナー混合比
がイニシャルより変化してトナーの搬送量が変化し、結
果として色バランスが崩れてしまうという問題点があ
る。

【０００６】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、複数種類の荷電粒子の混合比が
変わることなく、安定な記録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においては、
荷電粒子供給手段が異なる特性を持つ複数種類の荷電粒
子を有し、その複数種類の荷電粒子を電極アレーの複数
の開口部に供給すると、電極制御手段が電極アレーに対
して荷電粒子供給手段と反対側に配置された画像記録媒
体に、開口部を通して複数種類の荷電粒子を選択的に飛
翔させるように複数の制御電極を制御し、荷電粒子回収
手段が電極アレーの開口部から飛翔されなかった荷電粒
子を種類別に選別して回収し、再度その回収した複数種
類の荷電粒子を所定の割合にて混合して荷電粒子供給手
段に搬送する。

【０００８】また、請求項２記載の画像形成装置におい
ては、荷電粒子回収手段が異なる電界を発生することに
より、異なる帯電特性を有する複数種類の荷電粒子を種
類別に選別する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した一実施
の形態を図面を参照しながら説明する。

【００１０】先ず、図１を参照して画像形成装置５０に
ついて説明する。

【００１１】本実施の形態である画像形成装置５０は、
その下部に荷電粒子供給手段としてのトナー供給装置１
０が設けられ、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、当
該アパチャ電極体１と１ｍｍの間隔を保持して背面電極
ローラ２２が配設されている。アパチャ電極１と背面電
極ローラ２２の間隙には、トナーにより画像が形成され
る画像記録媒体２０が矢印Ｃ方向に挿入搬送される。前
記背面電極ローラ２２の矢印Ｄ方向への回動によって搬
送される画像記録媒体２０の搬送方向上には、画像を画
像記録媒体２０に定着させる定着装置２６が配設されて
いる。

【００１２】次に、上記画像形成装置５０の各部の詳細
を図面を参照して説明する。

【００１３】前記トナー供給装置１０には図１に示すよ
うに、トナー供給装置１０全体のハウジングを兼ねるト
ナーケース１１が設けられ、そのトナーケース１１内に
は、黒、赤の２種類の荷電粒子としてのトナー１６が蓄
えられており、トナー１６を担持して前記アパチャ電極
体１に搬送する円筒形のトナー担持ローラ１４が矢印Ｂ
方向に回動可能にトナーケース１１内に支持されてい
る。図１においてトナー担持ローラ１４の左斜め下方部
には、トナーケース１１に蓄えられているトナー１６を
前記トナー担持ローラ１４に給送する円筒形の供給ロー
ラ１２が設けられ、供給ローラ１２とトナー担持ローラ
１４とは、互いに平行に配設され、その円筒面の母線を
接している。

【００１４】また、供給ローラ１２がトナー担持ローラ
１４に黒、赤のトナー１６を供給する際、黒、赤のトナ
ー１６はトナー担持ローラ１４に擦りつけられて帯電す
るが、黒トナーがマイナスに帯電し、赤トナーがプラス
に帯電するように、各トナーはそれぞれ異なる特性を持
っている。具体的には黒トナーと赤トナーとは異なる材
料にて形成されている。

【００１５】また、トナーケース１１内において前記供
給ローラ１２の上方には、トナー担持ローラ１４により
担持されるトナー１６の量をトナー担持ローラ１４のロ
ーラ面上で均一になるように調整すると供に、そのトナ
ー１６の帯電を均一にさせるためのトナー層規制ブレー
ド１８が設けられ、当該トナー層規制ブレード１８はト
ナー担持ローラ１４にその一端を圧接されている。

【００１６】次に、アパチャ電極体１について図面を参
照して説明する。

【００１７】前記アパチャ電極体１は、図２に示すよう
に厚さ２５μｍのポリイミド製の絶縁シート２から構成
され、その絶縁シート２には、一辺が６０μｍの四角形
をした複数のアパチャ６がアパチャ電極体１の長手方向
に一列に形成されている。また、そのアパチャ６の周囲
には、厚さ８μｍの銅箔からなる制御電極４が各アパチ
ャ６毎に形成されている。

【００１８】ここで、アパチャ６は必ずしも図３に示す
ように四角形に限られるものではなく、例えば、直径６
０μｍの円形でもよく、その他、楕円形、三角形、平行
四辺形等の形状のものでもよい。

【００１９】次に、前記アパチャ電極体１のアパチャ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３に示すように、各アパチャ６は各々の中心線３
０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３２とを通過するように配置さ
れている。これによれば、各アパチャ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、各アパチャ６を通過するトナ
ー１６の分布をアパチャ内の全域で均一にすることがで
きる。また、アパチャ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。

【００２０】さらに、アパチャ電極体１自体は、図に示
すようにトナー担持ローラ１４に対して、アパチャ６を
中心として左右に同じ角度だけ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とも
に、アパチャ６の下部周辺を左右均一に圧接することが
できるため、トナーの濃度むらが発生することを極力抑
えることができる。

【００２１】次に、各電極の制御装置について説明す
る。図１に示すように、前記制御電極４とトナー担持ロ
ーラ１４の間には、電極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。この制御電圧印加回路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＋３０
Ｖまたは０Ｖの電圧を印加するように構成されている。
また、トナー担持ローラ１４は、接地されている。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。

【００２２】さらに、前記背面電極ローラ２２とトナー
担持ローラ１４との間には背面電圧印加回路２４が接続
されており、この背面電圧印加回路２４は前記背面電極
ローラ２２に対して±１ｋＶを印加し得るようになって
いる。

【００２３】更に、トナーケース１１に近接して荷電粒
子回収手段としてのトナー回収機構４０が設けられてい
る。トナー回収機構４０は、回収電極４１、４２と、回
収路４３、４４と、混合比調整装置４５、４６とを含ん
で構成されている。回収電極４１、４２は、トナー担持
ローラ１４に載せられながらも印字に使用されなかった
黒、赤トナー１６を略アパチャ電極体１と同様の機構に
よって、分離回収するものであり、本実施の形態の場
合、黒トナーがマイナス帯電、赤トナーがプラス帯電す
るように構成されているので、回収電極４１、４２に
は、それぞれ正電圧、負電圧が印可されるようになって
いる。回収路４３、４４には、図示しないトナー搬送機
構が設けれている。トナー搬送機構としては、コイルバ
ネ状のオーガを回転させる方式、スクリュー状の形成体
を回転させる方式等各種の方法が提案できる。

【００２４】また、回収路４３、４４の末端部には、混
合比調整装置４５、４６が配置されている。混合比調整
装置４５、４６は、トナーケース近傍まで到達した回収
トナーを、最適な混合比でトナーケースに投入するもの
であり、電磁バルブ等の流量調整装置で構成されてい
る。

【００２５】更に、混合比調整装置４５、４６は、図４
に示すようにＣＰＵ６０が接続されており、ＣＰＵ６０
は後述するフローチャートに従って動作するように構成
されている。また、回収路４３、４４の末端部には回収
された黒、赤トナー１６のそれぞれの量を検出するため
の検出センサ６２、６３が設けられており、その検出し
たトナー量をＣＰＵ６０に出力するように構成されてい
る。

【００２６】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。

【００２７】まず始めに、トナーの供給動作について図
１と図２を参照して説明する。

【００２８】供給ローラ１２の矢印Ａ方向への回動によ
り、トナーケース１１内に蓄えられているトナー１６は
トナー担持ローラ１４に向けて搬送される。そして、搬
送されてきたトナー１６はトナー担持ローラ１４に擦り
つけられ、黒トナーはマイナスに、また赤トナーはプラ
スに帯電する。両トナーは帯電して、トナー担持ローラ
１４上に担持される。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の矢印Ｂ方向へ
の回動と供にトナー担持ローラ１６の円筒形のローラ面
に担持されたまま搬送され、トナー層規制ブレード１８
によって薄層化されると供に帯電を均一化された後、ト
ナー担持ローラ１４の矢印Ｂ方向への回動によってアパ
チャ電極体１に向けて搬送される。そして、トナー担持
ローラ１４上のトナーはアパチャ電極体１の絶縁シート
２に擦られつつ、アパチャ６の下に供給される。

【００２９】次に画像の形成動作について図１及び図
２、図３を参照して説明する。

【００３０】図示しない画像信号受信手段から送られて
来る画像信号に応じて、制御電圧印加回路８は、黒の画
像部分に対応する制御電極４に＋３０Ｖの電圧を印加す
る。その結果、電圧が印加された制御電極４内のアパチ
ャ６には、制御電極４とトナー担持ローラ１４との電位
差により、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、マイナスに帯電
された黒トナーは電位の高い方向に静電力を受け、トナ
ー担持ローラ１４上からアパチャ６を通過して制御電極
４側に引き出される。引き出されたトナー１６は、背面
電圧印加回路２４が背面電極２２に印加している交流電
圧が＋１ｋＶになった時に画像記録媒体２０とアパチャ
電極体１との間に形成される電界により、画像記録媒体
２０に向かって飛翔し、画像記録媒体２０上に堆積して
画素を形成する。尚、背面電圧印加回路２４の交流電圧
が−１ｋＶになった時は画像記録媒体２０に堆積した黒
トナーがアパチャ電極体１側に引き戻されるように電気
力線が形成されるが、画像記録媒体２０に堆積した黒ト
ナーは物理的な付着力によって画像記録媒体２０からは
がされることはない。

【００３１】また、黒色の非画像部分に対応する制御電
極４には、制御電圧印加回路８から０Ｖの電圧が印加さ
れる。その結果、トナー担持ローラ１４と制御電極４と
の間には電界が形成されないことにより、トナー担持ロ
ーラ１４上のトナー１６は静電力を受けないためアパチ
ャ６を通過しない。従って、像記録媒体２０上の当該制
御電極４に対向する部分には、画素が形成されない。

【００３２】さらに、赤トナーに対しては画像部分に対
応する制御電極には、−３０Ｖが印可される。すなわち
プラスに帯電した赤トナーには、同様に図示しない画像
信号受信手段から送られて来る画像信号に応じて、制御
電圧印加回路８は、赤の画像部分に対応する制御電極４
に−３０Ｖの電圧を印加する。その結果、電圧が印加さ
れた制御電極４内のアパチャ６には、制御電極４とトナ
ー担持ローラ１４との電位差により、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、プラスに帯電された赤トナーは電位の高い方
向に静電力を受け、トナー担持ローラ１４上からアパチ
ャ６を通過して制御電極４側に引き出される。制御電極
４に、０Ｖが印可されている状態では、赤トナーも担持
ローラ１４から引き離されず画素が形成されることはな
い。

【００３３】ここで、画像記録媒体２０は、その面上に
トナー１６により１列の画素が形成されると、次に、図
示しない搬送手段により、アパチャ６列と垂直の方向に
１画素分搬送される。そして、上記の画像形成のプロセ
スを繰り返すことにより画像記録媒体２０の全面にトナ
ー像が形成される。その後、形成されたトナー像は、図
示しない搬送装置によって定着装置２６に搬送され、定
着装置２６によって画像記録媒体２０上に定着される。
尚、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よい。

【００３４】尚、上述したプロセスの繰り返しにより、
画像記録媒体２０上に画像が記録されるのであるが、こ
の時、トナー担持ローラ１４上に乗ったトナー１６が、
制御電界によって吐出されずに残留する場合がある。こ
れは、印字データが無い場合や、印字データが出ても吐
出されない場合などがある。このようなトナーは、回収
電極４１、４２により静電的に選別され回収される。こ
こでは、黒トナーに対応した回収電極４１では、正電圧
を印可することによりトナー担持ローラ１４上に残留し
たマイナスに帯電した黒トナーを全て回収する。さらに
赤トナーに対応した回収電極４２には、負電圧を印可す
ることによりプラスに帯電した赤トナーを全て収集でき
る。

【００３５】このように、黒トナーと赤トナーとに選別
された各トナーは、回収路４３、４４を通り、ユニット
左側の混合比調整装置４５、４６に達する。混合比調整
装置は４５、４６は、黒トナーと赤トナーの混合比を一
対一にして、ユニット内に再投入する。混合比調整の方
法としては、両トナーを適量ずつ送出し、ユニット内で
混合すればよい。

【００３６】具体的には、各混合比調整装置４５、４６
に達したトナー量は各検出センサ６２、６３によって検
出されており、ＣＰＵ６０は、図５に示すように、ステ
ップＳ１（以下、単にＳ１と称する、他のステップも同
じ）において検出センサ６２によって検出された黒トナ
ー量を検出し、Ｓ２において、同様に赤トナー量を検出
する。そして、ＣＰＵ６０はＳ３において黒トナー量と
赤トナー量とを比較し、黒トナー量の方が赤トナー量よ
りも多い場合、Ｓ４において、赤トナー量に黒トナー量
を合わせるように各混合比調整装置４５、４６を制御す
る。また、Ｓ３において、赤トナー量が黒トナー量より
も多い場合は、Ｓ５において、黒トナー量に赤トナー量
を合わせるように各混合比調整装置４５、４６を制御す
る。

【００３７】このような作用により、印字に使用されな
かった２色のトナーは、再度回収され、最適な混合比に
より繰り返し使用されるためランニングコストを下げる
ことができる。また、これにより２色のユニットにおい
てリサイクルを行っても、常に黒トナーと赤トナーとの
混合比が変わることなく一定となり、安定した画像形成
が行われる。

【００３８】また、本実施の形態の画像形成装置５０で
は、アパチャ電極体１の絶縁性シート２はトナー担持ロ
ーラ１４側に向けられているので、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が存在しない
場合でも、制御電極４とトナー担持ローラ１４が接触し
て電気的に短絡し、制御電圧印加回路８を壊すことはな
い。

【００３９】尚、本発明は、以上詳述した実施の形態に
限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々の変更を加えることが可能である。

【００４０】また、上記実施の形態においては、トナー
流制御手段としてアパチャ電極体を用いたが、例えば、
米国特許第５０３６３４１号の明細書に記載されるよう
な編目状の電極体や特開平６−２５５１６３号公報に記
載されているようなエッジ状の電極体を用いることも可
能である。

【００４１】さらに、本実施の形態においては、黒と赤
のトナーの内蔵した記録ユニットとしたが、イエロー、
マゼンタ、シアン、黒の各色を内蔵したフルカラー出力
ユニットに適用しても良い。この場合には、従来４ユニ
ットが必要であったのに比べ、２ユニットでフルカラー
画像が出力できる。また、上述した特願平６−１０７８
９号の明細書及び図面に記載されているように、１ユニ
ットで３色のトナーを内臓した記録ユニットに適用する
こともできる。

【００４２】

【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記載の画像形成装置は、電極アレーの
開口部から飛翔されなかった荷電粒子を種類別に選別し
て回収し、再度その回収した複数種類の荷電粒子を所定
の割合にて混合して荷電粒子供給手段に搬送するため、
荷電粒子供給手段内の複数種類の荷電粒子の混合比が変
わることなく、安定した記録をおこなうことができる。

【００４３】また、請求項２記載の画像形成装置は、異
なる電界を発生することにより、異なる帯電特性を有す
る複数種類の荷電粒子を種類別に選別することにより、
容易且つ安価な構成で複数種類の荷電粒子の選別をおこ
なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の画像形成装置の構成を
示した正面図である。

【図２】上記画像形成装置及び従来の画像形成装置に用
いられるアパチャ電極体の構成を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施の形態の画像形成装置に用いら
れるアパチャ電極体とトナー担持ローラとの位置関係を
示す正面図である。

【図４】本発明の一実施の形態の画像形成装置のトナー
回収機構の電気的構成を示したブロック図である。

【図５】上記トナー回収機構の動作を説明するためのフ
ローチャートである。

【図６】従来の画像形成装置の構成を示した正面図であ
る。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 ４ 制御電極 ６ アパチャ ８ 制御電圧印加回路 １４ トナー担持ローラ ４０ トナー回収機構 ４１ 回収電極 ４２ 回収電極 ４３ 回収路 ４４ 回収路 ４５ 混合比調整装置 ４６ 混合比調整装置 ６０ ＣＰＵ ６２ 検出センサ ６３ 検出センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の開口部が形成され、各開口部に対
   応する複数の制御電極を有する電極アレーと、 異なる特性を持つ複数種類の荷電粒子を有し、その複数
   種類の荷電粒子を前記電極アレーの複数の開口部に供給
   するための荷電粒子供給手段と、 前記電極アレーに対して前記荷電粒子供給手段と反対側
   に配置された画像記録媒体に、前記開口部を通して前記
   複数種類の荷電粒子を選択的に飛翔させるように前記複
   数の制御電極を制御する電極制御手段と、 前記電極アレーの開口部から飛翔されなかった荷電粒子
   を種類別に選別して回収し、再度その回収した複数種類
   の荷電粒子を所定の割合にて混合して荷電粒子供給手段
   に搬送する荷電粒子回収手段とを備えたことを特徴とす
   る画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記荷電粒子回収手段は、異なる電界を
   発生することにより、異なる帯電特性を有する複数種類
   の荷電粒子を種類別に選別することを特徴とする請求項
   １記載の画像形成装置。