JPH10315523A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧においても、十分な画像濃度を得るこ
とができるとともに、画像かぶりを抑えることができる
画像形成装置を提供すること。 【解決手段】 トナー供給装置１０に備えられた担持ロ
ーラ１４は、平均粒子径が約８〜１２μｍの帯電トナー
をアパチャ電極体１に供給し、制御電極４は、そのトナ
ー１６の流れを制御するので、低電圧においても、十分
な画像濃度を得ることができる。

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、プロッタ、ファクシミリ等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、画像形成装置として、例えば、米
国特許第３６８９９３５号明細書には、複数の通過部
（以下、アパチャと称す）の各々に電極が形成され、画
像データに基いて、前記各電極に電圧を印加することに
より、トナー粒子が前記アパチャを通過し得るようにし
て紙等の記録媒体に画像を形成するものが開示されてい
る。

【０００３】この画像形成装置は、絶縁体よりなる平板
と、その平板の一方の面に形成される連続した基準電極
と、平板の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、各制御電極ごとに前者三者を貫
いて少なくとも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圧
を印加する手段と、印加された電圧によってアパチャを
通過するトナー粒子の流れが変調されるように帯電され
たトナー粒子を供給する手段と、アパチャ電極体に対し
て相対的に移動し得るように記録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。

【０００４】また、例えば、米国特許第４７４３９２６
号、同４７５５８３７号、同４７８０７３３号及び同４
８１４７９６号の各明細書には、前記アパチャ電極体の
制御電極を記録媒体側に、基準電極をトナー供給側に対
向して配設した画像形成装置が開示されている。

【０００５】さらに、米国特許第４９１２４８９号明細
書には、アパチャ電極体の制御電極をトナー供給側に、
基準電極を記録媒体側に対向して配設することにより、
オフ時において、制御電極に印加される電圧を、前記米
国特許に開示されている画像形成装置に比べて１／４程
度に抑えることができる画像形成装置が開示されてい
る。

【０００６】ここで、オフ時とは、記録媒体上にトナー
粒子を付着させない時、すなわち、画像の空白部分を形
成する時点を意味し、また、オン時とは、記録媒体上に
トナー像を形成する時点を意味する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記画
像形成装置においては、オン時の制御電圧とオフ時の制
御電圧との電圧差を駆動電圧とした場合、この駆動電圧
の駆動回路は、価格の面を考慮すると、半導体素子、特
に、集積回路により構成することが望ましく、集積回路
を使用するに当たっては、駆動電圧を５０Ｖ以内に設定
することが望ましい。

【０００８】ところが、制御電極に印加する制御電圧
と、記録媒体に形成される画像濃度との関係は、図４
（ａ）の破線に示すようになる。

【０００９】画像濃度は、通常、画像部（オン時）にお
いては、１．４以上、非画像部（オフ時）においては、
０．１以下であることが望ましいが、前記駆動電圧を５
０Ｖに設定した場合、オン時に１．４以上であって、か
つオフ時に０．１以下となる画像を得ることができない
という問題があった。

【００１０】例えば、図４（ａ）の破線において、オン
時の制御電圧を７０Ｖに設定し、オフ時の制御電圧を２
０Ｖに設定した場合、オン時の画像濃度は、１．５以上
となり実用的に十分な濃度を得ることができるが、オフ
時の画像濃度は、０．３となり画像かぶりが発生して見
苦しい画像となる。また、オン時の制御電圧を３０Ｖに
設定し、オフ時の制御電圧を−２０Ｖに設定した場合、
オフ時の画像濃度は、０．０７となり、画像かぶりは抑
えられるが、オン時の画像濃度は０．５となり十分な濃
度を得ることができない。

【００１１】例えば、図４（ｂ）に示すように、所定の
電圧しきい値において２値的に変化すれば、駆動電圧を
極めて小さく設定でき、前記問題を解決できるが、実際
には図４（ａ）の破線に示すようになるので、駆動電圧
を大きく設定しなければならない。これは、供給される
トナーの帯電量が所定のばらつきを有することに起因す
る。すなわち、帯電量の異なるトナーは、アパチャを通
過する電圧しきい値が異なることから、所定の電圧しき
い値において飛翔するトナーと飛翔しないトナーとが発
生することに起因するのである。

【００１２】一方、トナーを均一に飽和帯電する方法と
して、規制ブレードでの摩擦帯電した後に、再度、電極
と担持ローラとの間で摩擦帯電させる方法がある。この
方法は、電極と担持ローラとの間の押圧が高ければ高い
ほど、理想曲線に効率的に近づけることができるが、現
実的には画像部分において、画像濃度を１．４以上、非
画像部分において画像濃度０．１以下にするためには、
１００Ｖ程度の駆動電圧差を必要とし、隣接する制御電
極間では、ショート等が発生するという問題があった。

【００１３】本発明は、上述した問題を解決するために
なされたものであり、低電圧においても、十分な画像濃
度を得ることができるとともに、画像かぶりを抑えるこ
とができる画像形成装置を提供することを目的としてい
る。

【００１４】

【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に記載の画像形成装置は、帯電した
荷電体の流れを制御する電極体を有する電極アレーと、
その電極アレーに前記荷電体を供給する荷電体担持ロー
ラを含む荷電体供給手段とを備えたものを対象として、
特に、前記荷電体の平均粒子径を約８〜１２μｍとした
ことを特徴としている。

【００１５】上記構成を有する本発明の請求項１に記載
の画像形成装置において、荷電体の平均粒子径は、約８
〜１２μｍであるので、低電圧においても、十分な画像
濃度を得ることができる。

【００１６】また、請求項２に記載の画像形成装置は、
前記荷電体の体積平均粒子径／個数平均粒子径の値を約
１〜１．３としたことを特徴としている。

【００１７】上記構成を有する請求項２に記載の画像形
成装置において、荷電体の体積平均粒子径／個数平均粒
子径の値が約１〜１．３であり、逆帯電した荷電体やか
ぶりの原因となる５μｍ以下の微粉荷電体を減らすこと
できるので、低電圧においても、十分な画像濃度を得る
ことができるとともに、画像かぶりを抑えることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１９】図１は、本発明の実施の形態における画像
形成装置の概略構成図である。図１において、本発明の
画像形成装置は、荷電体であるトナーを供給する荷電体
供給手段であるトナー供給装置１０と、そのトナー供給
装置１０の左側に接して配設され、トナー供給装置１０
により供給されたトナーを飛翔させる電極アレーである
アパチャ電極体１と、そのアパチャ電極体１の左側に１
ｍｍの間隙を有して配設された背面電極板２２とを備え
ている。

【００２０】トナー供給装置１０は、装置全体のハウジ
ングを兼ねるトナーケース１１と、そのトナーケース１
１内のトナー溜２１に収納されるトナー１６と、供給ロ
ーラ１２と、荷電体担持ローラである担持ローラ１４
と、回収ローラ１５と、トナー層規制ブレード１８と、
回収ブレード１９と、アジテータ１７とから構成されて
いる。

【００２１】担持ローラ１４は、トナー１６を担持し、
アパチャ電極体１に向かって搬送するものであり、供給
ローラ１２は、担持ローラ１４に対してトナー１６を供
給するものである。また、回収ローラ１５は、ステンレ
ス鋼の軸にナイロンブラシの生地が接着してあり、担持
ローラ１４に残留したトナーをはぎ取るものである。さ
らに、アジテータ１７は、未使用トナーと、回収ローラ
１５により回収されたトナーとをトナー溜２１で混合し
て攪拌するものである。

【００２２】そして、供給ローラ１２と、担持ローラ１
４と、回収ローラ１５と、アジテータ１７とは、各々平
行に配設され、トナーケース１１に対して矢印方向に回
転可能に支持されている。また、担持ローラ１４と、回
収ローラ１５とは、接した状態で配設されている。ま
た、トナー層規制ブレード１８は、担持ローラ１４に担
持されるトナー１６の量がローラ面上で単層で均一にな
るように調整するとともに、そのトナー１６を均一に帯
電させるためのものであり、担持ローラ１４に圧接され
ている。さらに、回収ブレード１９は、回収ローラ１７
のブラシ先端と接触するように配置されており、回収ロ
ーラ１７が回転すると、ブラシに付着しているトナーが
トナー溜２１にはぎ取られて落ちるようになっている。

【００２３】背面電極板２２は、図示しないシャーシに
配設されており、アパチャ電極体１によって飛翔したト
ナーを、前記１ｍｍの間隙に挿入される記録媒体２０に
担持させる。また、背面電極板２２の下方には一対の搬
送ローラ１１９が配設されており、その搬送ローラ１１
９は、前記記録媒体２０を搬送するように構成されてい
る。さらに、背面電極板２２の上方には、定着装置２６
が配設されており、記録媒体２０に担持したトナーの画
像を定着する。

【００２４】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に直径１
００μｍの複数のアパチャ６が１列に形成され、かつ絶
縁シート２の上面に、厚さ１μｍの電極体である制御電
極４が各アパチャ６ごとに形成されている。そして、ア
パチャ電極体１は、図１に示すように記録媒体２０側に
制御電極４を対向させた状態で、絶縁シート２のアパチ
ャ６の位置で担持ローラ１４に対して圧接されている。

【００２５】ここで、アパチャ電極体１のアパチャ６
と、担持ローラ１４との位置関係を図３を参照して詳細
を説明する。図３は、本実施の形態の画像形成装置に使
用するアパチャ電極体１と担持ローラ１４との構成を模
式的に示す図である。図３において、各アパチャ６は、
各々の中心線３０が担持ローラ１４の周面の最左部分
と、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、担持ロ
ーラ１４の周面の最左部分を基準として、上下均等に配
置されることにより、各アパチャ６を通過するトナー１
６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。このような荷電体供給手段であるトナー供給手
段によりトナーが供給される。

【００２６】また、アパチャ電極体１自体は、図３に示
すように担持ローラ１４に対して、アパチャ６を中心と
して上下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
の下部周辺を上下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。

【００２７】また、前記制御電極４と担持ローラ１４と
の間には、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、画像信号に基いて制御電極４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。

【００２８】さらに、前記背面電極板２２と担持ローラ
１４との間には直流電源２４が接続されており、この直
流電源２４は、背面電極板２２に対して＋１ｋＶの電圧
を印加し得るようになっている。

【００２９】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。

【００３０】まず、アジテータ１７と、供給ローラ１２
と、担持ローラ１４とが図１に示す矢印方向の回転する
ことにより、トナー溜１９のトナー１６は、供給ローラ
１２に付着し、供給ローラ１２に付着したトナー１６
は、担持ローラ１４に擦りつけられ、担持ローラ１４上
に担持される。担持ローラ１４に担持されたトナー１６
は、層規制ブレード１８によって薄層化されるとともに
マイナス帯電させた後、担持ローラ１４の回転によって
アパチャ電極体１に向かって搬送される。そして、担持
ローラ１４上のトナー１６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。

【００３１】ここで、画像信号に応じて、その画像部分
に対応する制御電極４には、制御電圧印加回路８から＋
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４と担持ローラ１
４の間の電位差により、制御電極４より担持ローラ１４
に向かう電気力線が形成される。それにより、マイナス
に帯電されたトナーは、電位の高い方向に静電力を受
け、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、さ
らに、背面電極板２２に印加されている電圧によって記
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、記録媒体２０
上に堆積して画素を形成する。

【００３２】前記の如く、均質なトナー１６が単層でア
パチャ６に供給されているため、図４（ａ）の実線に示
すように５０Ｖの駆動電圧で、必要かつ十分なコントラ
ストが得られる。

【００３３】そして、ここで使用されるトナーは、均一
な帯電をさせるために電極体１と担持ローラー１４の間
で非常に強いストレスが加えられることになるが、本実
施の形態によれば、架橋剤をトナーに加えることにより
トナーの樹脂成分の高分子領域を増やしているため、こ
のシステムの高ストレス状態でも耐えることができる。

【００３４】また、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、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、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。

【００３５】さらに、記録媒体２０の面は、トナー１６
により１列の画素が形成される間に、アパチャ列と垂直
の方向に１画素分送られる。そして、前記のプロセスを
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、形成されたトナー像は、定着装置２
６によって記録媒体２０上に定着される。

【００３６】アパチャ６を通過せず担持ローラ１４に残
留したトナーは、回収ローラ１５のブラシで掻き取られ
て、これに付着し、さらに、ブラシに付着したトナー
は、回収ブレード２１ではぎ取られてトナー溜に回収さ
れる。トナー溜２１に回収されたトナーは、アジテータ
１７の回転により未使用のトナーと混合、攪拌され、そ
の一部は、また供給ローラ１２に付着して行く。

【００３７】前記の如く、トナーは、担持ローラ１４上
に残留し続けることはなく、常に、装置内を循環し続け
るため、摩擦熱によりトナーが劣化することはない。ま
た、一度担持ローラ１４上で帯電したトナーも回収によ
って、自然に放電されるため、次回に使用される時に
は、最適な帯電特性に制御しやすくなる。

【００３８】また、本実施の形態では各構成部品の配置
は理想的であり、担持ローラ１４のトナー搬送上流から
順に供給ローラ１２、層規制ブレード１８、アパチャ電
極体１及び回収ローラ１５が配置され、かつ担持ローラ
１４の片側に、重力方向の上向から順に、層規制ブレー
ド１８、供給ローラ１２及び回収ローラ１２が配置さ
れ、担持ローラ１４の左側にアパチャー電極体１が配置
されている。

【００３９】すなわち、層規制ブレード１８で発生する
余剰トナーは、供給ローラ１４に重力で落下するので、
ブレード１８に溜まることがなく、供給ローラ１２と担
持ローラ１４間とをすり抜けたトナーも回収ローラ１５
に落下するため、上部に溜まることがない。また、回収
ローラ１５上のトナーは、回収ブレード１９によりトナ
ー溜２１に回収されるため、廃棄トナーを発生させるこ
とがない。供給ローラ１２の外形等を適宜調整すること
により、層規制ブレード１８によって発生した余剰トナ
ーが、担持ローラ１４と供給ローラ１２との接触部分上
方になるべく滞留せず、回収ローラ１５へ落下しやすく
しておくことは、トナーの劣化をより軽減させる効果が
ある。

【００４０】さらに、担持ローラ１４の右方で行われる
トナーの循環は、左方に配置されたアパチャ電極体１に
対して、余計なトナーを混入させることはなく、装置全
体のシールも極めて自然にできる。

【００４１】前記のように構成される画像形成装置にお
いて、絶縁性トナーを用いれば、担持ローラ１４と制御
電極４との間の絶縁性が保たれ、アパチャ６が絶縁破壊
することがない。

【００４２】前記プロセスにおいて、制御電極４による
制御電界は、制御電極４と、アパチャ６の内部及びその
アパチャ６と対向する担持ローラ１４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１６に直接、
制御電界を印加できるため、制御効率がよい。

【００４３】また、供給されるトナー１６の一部が、ア
パチャ電極体１との摺動によって機械的な力等を受け、
非画像部に対応するアパチャ６内に侵入しても、アパチ
ャ６内部の電界でアパチャ６を通過しないように制御で
きるため、トナーの制御性が良い。

【００４４】また、担持ローラ１４とアパチャ電極体１
とはトナー層を挟んで対向しているので、比較的近距離
に配置することができることにより、制御電圧を低くで
き、安価な駆動素子を使用することができる。

【００４５】また、アパチャ電極体１の絶縁性シート２
は、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と担持ローラ１４とが接触し
て電気的に短絡し、駆動素子を壊すことがない。

【００４６】また、アパチャ電極体１と担持ローラ１４
上のトナー１６とは、アパチャ６の入口部分で接触して
いることにより、アパチャ６の入口部分に堆積するトナ
ー１６は、担持ローラ１４により順次供給されるトナー
により押し流されるため、トナー１６が堆積、架橋して
アパチャ６を塞ぐことがない。

【００４７】次に、トナー１６の成分について説明す
る。

【００４８】 樹脂（三菱レイヨン製ポリエステル） １００重量部 着色剤（三菱化学製カーボンブラック） １３重量部 ＷＡＸ（三洋化成製ポリプロピレン） ５重量部 荷電制御剤（オリエント化学製含金属染料） ２重量部 を配合し、連続式の１軸押出機を用いて混練し、冷却
し、粉砕し、分級して、平均粒径９．５μｍ、体積平均
／個数平均１．１８の負帯電黒色トナーＡを得ることが
できた。

【００４９】以下同様に、平均粒径１１．５μｍ、体積
平均粒子径／個数平均粒子径１．１５のトナーをＢと
し、平均粒径１３．０μｍ、体積平均粒子径／個数平均
粒子径１．１６のトナーをＣとし、平均粒子径８．２μ
ｍ、体積平均粒子径／個数平均粒子径１．１０のトナー
をＤとし、平均粒子径７．５μｍ、体積平均粒子径／個
数平均粒子径１．１２のトナーをＥとし、平均粒子径
９．５μｍ、体積平均粒子径／個数平均粒子径１．０８
のトナーをＦとし、平均粒子径９．４μｍ、体積平均粒
子径／個数平均粒子径１．２５のトナーをＧとし、平均
粒子径９．６μｍ、体積平均粒子径／個数平均粒子径
１．３２のトナーをＨとし、これらのトナーに、日本ア
エロジル製シリカを、３重量部外添した。

【００５０】以上８種類のトナーを使用して、印字した
ときの＋１００Ｖ、＋５０Ｖ、０Ｖ、−５０Ｖ印加時の
印字データを以下に記す。

【００５１】

【表１】

【００５２】なお、平均粒子径、体積平均粒子径、個数
平均粒子径、反射濃度、かぶりの各値は以下の方法によ
り測定した。

【００５３】（平均粒子径、体積平均、個数平均の測
定）コールター社製コールターカウンターマルチサイザ
ー２で、完成したトナー粒子を測定し、そのときの体積
分布算術径を平均粒子径、体積平均粒子径とし、個数分
布算術径を個数平均粒子径とした。

【００５４】（濃度の測定）画像データの電圧印加印字
部分をＭＡＣＨＢＥＴＨ社製ＲＤ９１４反射濃度計で測
定してその値を濃度とした。

【００５５】（かぶりの測定）画像データのマイナス電
圧印加印字部分をＭＡＣＨＢＥＴＨ社製ＲＤ９１４反射
濃度計で測定してその値をかぶりとした。

【００５６】以上のように測定した場合、濃度は１．４
以上、かぶりは０．１０以下であることが実用上望まし
い。

【００５７】表１から明らかなように、粒子径が所定の
範囲内（８〜１２μｍ）に入っているトナーＤ、Ａ、
Ｂ、Ｆ、Ｇ、Ｈは、その他のトナーに比べ濃度が高くプ
ラス低電圧印加時でも実用十分な濃度が得られる。ま
た、その上体積平均粒子径／個数平均粒子径が所定の範
囲内（１〜１．３）にあるトナーＤ、Ａ、Ｂ、Ｆ、Ｇ
は、マイナス低電圧印加時でもかぶりが少なく、電圧差
５０Ｖでも実用十分な印字が可能となる。

【００５８】なお、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、その要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。

【００５９】例えば、本実施の形態においては、電極ア
レーとしてアパチャ電極体１を用いたが、例えば、米国
特許第５０３６３４１号明細書に記載されるような網目
状の電極体を用いてもよい。

【００６０】また、本実施の形態では担持ローラ１４上
の残留トナーを回収する手段としてブラシ状の回収ロー
ラ１５を用いたが、粘着性の強いシリコンゴム等を用い
てもよいし、ウレタン等の樹脂ブレードではぎとっても
良い。この場合、はぎ取られ、たトナーは、回収ローラ
１５のような部品を樹脂ブレードの下部に配置してトナ
ー溜２１まで回収する必要がある。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したことから明かなように、本
発明の請求項１に記載の画像形成装置によれば、荷電体
の平均粒子径は、約８〜１２μｍであるので、均一な帯
電の粒子を送り込むことができ、低電圧においても、十
分な画像濃度を得ることができる。

【００６２】また、請求項２に記載の画像形成装置によ
れば、荷電体の体積平均粒子径／個数平均粒子径の値が
約１〜１．３であり、逆帯電した荷電体やかぶりの原因
となる５μｍ以下の微粉荷電体を減らすことできるの
で、低電圧においても、十分な画像濃度を得ることがで
きるとともに、画像かぶりを抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における画像形成装置の概
略構成図である。

【図２】本実施の形態の画像形成装置に使用するアパチ
ャ電極体の構成を示す斜視図である。

【図３】本実施の形態の画像形成装置に使用するアパチ
ャ電極体と担持ローラとの構成を模式的に示す図であ
る。

【図４】画像形成装置における制御電圧と画像濃度との
関係を説明する説明図である。

【符号の説明】

１ アパチャ電極体 ４ 制御電極 １０ トナー供給装置 １４ 担持ローラ １６ トナー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯電した荷電体の流れを制御する電極体
   を有する電極アレーと、 その電極アレーに前記荷電体を供給する荷電体担持ロー
   ラを含む荷電体供給手段とを備えた画像形成装置におい
   て、 前記荷電体の平均粒子径を約８〜１２μｍとしたことを
   特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記荷電体の体積平均粒子径／個数平均
   粒子径の値を約１〜１．３としたことを特徴とする請求
   項１に記載の画像形成装置。