JPH1086435A - 画像形成装置並びにその画像形成装置に用いられるトナー - Google Patents

画像形成装置並びにその画像形成装置に用いられるトナー

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JPH1086435A
JPH1086435A JP24619396A JP24619396A JPH1086435A JP H1086435 A JPH1086435 A JP H1086435A JP 24619396 A JP24619396 A JP 24619396A JP 24619396 A JP24619396 A JP 24619396A JP H1086435 A JPH1086435 A JP H1086435A
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toner
aperture
roller
image forming
image
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JP24619396A
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Kisho Sato
紀章 佐藤
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Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実用的な枚数を印字しても、十分な濃度コン
トラストが得られる画像形成装置を提供すること。 【解決手段】 トナーに架橋剤を加えることにより、ト
ナーの強度を増し、耐熱性を向上させて、トナーにスト
レスが掛かっても熱融着を起こさないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、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
装置並びにその画像形成装置に用いられるトナーに関す
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
の開口部(以下、アパチャと称する)が形成された電極
を用いて、その電極に対して画像データに基いて電圧を
印加し、トナー粒子が前記アパチャを通過し得るよう制
御して、通過したトナー粒子により支持体上に画像を形
成するものが、米国特許第3689935号明細書にお
いて開示されている。
【0003】この画像形成装置は、絶縁体よりなる平板
と、この平板の一方の面に形成される連続した基準電極
と、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、前記各制御電極毎に前記3者を貫いて
少なくも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位を与
える手段と、印加された電位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したトナー
粒子を供給する手段と、支持体とアパチャ電極体が相対
的に移動し得るように支持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、および
同4814796号の各明細書には、アパチャ電極体が
支持体側に制御電極、トナー供給側に基準電極を向けて
配設された画像形成装置が開示されている。
【0005】これに対して、米国特許第4912489
号明細書には、アパチャ電極体を、支持体側に基準電
極、トナー供給側に制御電極を向けて配設することによ
り、オフ時に制御電極に対して印加される電圧を、上記
米国特許に開示され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ことが記載されている。
【0006】ここにおいて、前記オフ時とは、支持体上
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するものであり、逆にオン時と
言えば、支持体上にトナー像を形成する時点を意味する
ものである。
【0007】
【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は、オン時の制御電圧とオ
フ時の制御電圧の電圧差を駆動電圧と呼び、これは集積
回路によって駆動されるため、なるべく小さな値である
ことが好ましく、実用的な駆動電圧としては、50V以
内で設定しなければならない。ところが、制御電極に印
加する制御電圧と支持体に形成される画像濃度との関係
は、図4aの破線に示すようになるため、オン時とオフ
時の制御電圧を50Vの電圧でいかなるように設定して
も、オン時に1.5以上の十分な濃度を出し、オフ時に
0.07以下のかぶりの無い印字をすることは不可能で
あった。
【0008】そして、より詳しく述べると、種々の理由
により、制御電圧と画像濃度の関係は、図4aに示す破
線ではオン時に、制御電極に対してトナー流を発生させ
るためのプラス電圧を印加すると、トナー流の発生はそ
の制御電圧に対して応答が良いが、逆にオフ時に制御電
極に対してトナー流を発生させないためのマイナス電圧
を印加すると、トナー流はその制御電圧に対して応答性
が悪いといった問題があった。
【0009】例えば、図4a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20V
に設定すると、オン時の画像濃度は1.5以上で実用的
に十分であるが、オフ時には画像かぶりが発生して画像
濃度が十分に下がらず、見苦しい画像となる。しかしな
がら、画像かぶりを抑えるため、図4aの破線において
オン時の制御電圧を30Vに設定し、オフ時の制御電圧
を−20Vに設定すると、オフ時の画像かぶりが抑えら
れ、紙の濃度である0.07まで画像濃度は十分に下が
るが、オン時の画像濃度は不十分であるためやはり見ず
らい画像となる。
【0010】理想的には、制御電圧と画像濃度の関係は
図4bの実線のごとくある電圧しきい値で2値的に変化
してくれれば、制御電圧は極めて小さくできる。しか
し、実際には図4aの破線のようになってしまい、制御
電圧が大きくなってしまう理由が種々ある。最大の原因
は、トナー流制御手段に供給されるトナーの帯電量にば
らつきがあるということであり、それぞれのばらついた
トナーがトナー流となる電圧しきい値は当然違うため、
図4bの実線で示す理想曲線のしきい値もぼやけたもと
になってしまう。
【0011】そのため、トナーはできれば均一な飽和帯
電をする事が好ましく、規制ブレードでの摩擦帯電だけ
では十分ではなく、電極と担持ローラーの間で再度摩擦
帯電させることが好ましく、そのため電極と担持ローラ
ーの間の押圧が高ければ高いほど、理想曲線に効率的に
ちかずけることができた。
【0012】しかしながら、電極と担持ローラー間の圧
力の増大はトナーのストレスの増加を招き、数枚から数
十枚で電極にトナーが熱融着を起こし濃度の低下や、画
質濃度の低下などを引き起こすようになった。
【0013】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、画像形成させるトナーの主な成
分である樹脂の強度を高くさせることにより、実用的な
枚数の印字を可能にする画像形成装置並びにその画像形
成装置に用いられるトナー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記載の画像形成装置は、ポリエステ
ル樹脂に架橋剤が加えられたトナーを用いることによ
り、画像形成に際して電極上に熱融着を起こしにくく、
十分な濃度コントラストが得られる。
【0015】また請求項2記載の画像形成装置は、トナ
ーに加えられる架橋剤が、芳香族ポリイソシアネートで
あるため、より十分な濃度コントラストが得られる。
【0016】また請求項3記載の画像形成装置は、ポリ
エステル樹脂100に対して架橋剤を1〜5添加したト
ナーが用いられるため、より十分な濃度コントラストが
得られる。
【0017】また請求項4記載のトナーは、ポリエステ
ル樹脂に架橋剤が加えられてるため、画像形成に際して
電極上に熱融着を起こしにくく、十分な濃度コントラス
トが得られる。
【0018】
【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。
【0019】図1は、本実施の形態の画像形成装置の概
要を示す図であり、本発明のトナー流制御手段としての
アパチャ電極体1の左側には、1mmの間隙を有して、
背面電極板22がシャーシ(図示せず)に配設されてい
る。背面電極板22の下方には、一対の搬送ローラ11
9が配置されており支持体20を搬送し、前記1mmの
間隙に挿入される得るように構成されている。また、前
記アパチャ電極体1の右側には、そのアパチャ電極体1
の長手方向に沿って、本発明のトナー供給手段としての
トナー供給装置10が配設されており、更には、前記背
面電極板22によって搬送される支持体20の進行先に
は定着装置26が配設されている。
【0020】次に、上記各構成要素の詳細を説明する
と、前記トナー供給装置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11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、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
から構成されている。ここにおいて、前記担持ローラ1
4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、前記供給ローラ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
未使用トナー及び、回収ローラ15により回収されたト
ナーをトナー溜21で混合して攪拌するものである。
【0021】そして、前記供給ローラ12と担持ローラ
14と回収ローラ15とアジテータ17は、トナーケー
ス11に図示する矢印方向に回転可能に支持されてお
り、平行に配設されている。また、担持ローラ14と供
給ローラ12、及び、担持ローラ14と回収ローラ15
はそれぞれ接した状態で配設されている。さらに、前記
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。また、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に剥ぎ取られて落ちるようになっている。
【0022】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、且つ上
面に厚さ1μmの制御電極4が各アパチャ6毎に形成さ
れたものである。そして、前記アパチャ電極体1は、図
1に示すように支持体20側に制御電極4を対向させた
状態で、絶縁シート2のアパチャ位置で担持ローラ14
に対して圧接されている。
【0023】ここにおいて、前記アパチャ電極体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
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。このよ
うなトナー供給手段によりトナーが供給される。
【0024】更には、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。
【0025】また、前記制御電極4と担持ローラ14の
間には、制御電圧印加回路8が接続されている。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。
【0026】更には、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
流電源は前記背面電極板22に対して+1kVの電圧を
印加し得るようになっている。このようなトナー流制御
手段によりトナー流が制御される。
【0027】次にトナー16の成分について説明する。
【0028】 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9μmの負帯電黒色ト
ナーAを得た。
【0029】 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(オリエント化学製アジン化合物) 2重量部 架橋剤(芳香族ポリイソシアネート) 0.2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9μmの負帯電黒色ト
ナーBを得た。
【0030】以下、トナーBの架橋剤を0.5、1、
3、5、7、10重量部に変更して混合した物をそれぞ
れトナーC,D,E,F,G,Hとする。
【0031】 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(オリエント化学製アジン化合物) 2重量部 架橋剤(脂肪族ポリイソシアネート) 3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9μmの負帯電黒色ト
ナーIを得た。
【0032】以上、9種類のトナーを使用して、印字し
たときの最初の印字データーと、100枚連続印字した
ときの101枚目の印字データーを表1に記す。
【0033】また、トナーのTg(ガラス転移点)、T
s(軟化温度)、Tfb(流出開始温度)、のデーター
を表2に記す。
【0034】
【表1】
【0035】
【表2】
【0036】次に、被りの測定について説明する。
【0037】1.何も印字していない用紙の白色度を東
京電色(株)REFLECT METER MODEL
TC−6MCを用いて測定する。
【0038】2.印字後の用紙の非印字部の白色度を測
定する。
【0039】3.印字後の白色度と何も印字していない
用紙の白色度の差を求めて被りの指標とする。
【0040】以上説明したように、架橋剤を加えていな
いトナーAに対して架橋剤を加えたトナーB乃至Iは、
耐熱性が向上して、熱融着が起こりにくくなり、耐久性
が向上する。また、トナーB乃至Hのようにトナーに架
橋剤である芳香族ポリイソシアネートを混合すれば、ト
ナーのメインレジンが架橋して高分子領域が増加して、
耐熱性が向上する。それにより、熱融着が起こりにくく
なり耐久性が向上する。
【0041】また、トナーD乃至Fのようにトナーの樹
脂100に対して芳香族ポリイソシアネートを1〜5を
混合すれば、100枚印字したときに、ほとんど固着を
起こさず初期画質を維持することができる。
【0042】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。
【0043】まず始めに、アジテータ17と供給ローラ
12と担持ローラ14との図1に示す矢印方向の回転に
より、トナー溜19のトナー16は供給ローラ12に付
着させられ、さらに供給ローラ12に付着したトナー1
6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
れた後、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。
【0044】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、更に、
背面電極板22に印加されている電圧によって支持体2
0とアパチャ電極体1との間に形成される電界により、
支持体20に向かって飛翔し、支持体20上に堆積して
画素を形成する。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4a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
ストが得られている。
【0045】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。
【0046】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。
【0047】更には、支持体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、上記のプロセ
スを繰り返すことにより支持体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
26によって支持体20上に定着される。
【0048】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で剥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。
【0049】上記の如く、担持ローラ14上にトナーが
残留し続ける事は無く、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く、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、自然に放電されやすく、次回に使用される時は、最
適な帯電特性に制御しやすい。
【0050】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、回収ローラ15が配置され、且つ、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、回収ローラ12が配置され、
担持ローラ14の、これらとは反対側にアパチャー電極
体1が配置されている。
【0051】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問題
はなく、また、供給ローラ12と担持ローラ14間をす
り抜けたトナーも回収ローラ12に落下するため問題は
無いし、回収ローラ15上のトナーは、回収ブレード1
9によりトナー溜に回収されるため、廃棄トナーを発生
させる事が無い。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へ落下し易
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。
【0052】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。
【0053】上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。
【0054】上記のプロセスにおいて、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、および
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。
【0055】また、供給されるトナー16の一部が、ア
パチャ電極体1との摺動で機械的な力等を受け、非画像
部に対応するアパチャ6内に進入しても、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。
【0056】更には、担持ローラ14とアパチャ電極体
1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。
【0057】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が接触して電
気的に短絡し、駆動素子を壊すことはない。
【0058】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を塞ぐことが無い。
【0059】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。
【0060】例えば、上記実施の形態は非画像部分に対
応するアパチャの制御電圧を0Vとしたが、これは負の
電圧であっても良い。この場合、よりかぶりの少ない画
像を得ることができる。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号明細書に記載
されるような網目状の電極体を用いることも可能であ
る。
【0061】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、これに限らず、粘着性の強いシリ
コンゴム等でも良い。また、ウレタン等の樹脂ブレード
で剥ぎとっても良い。その場合、剥ぎ取られたトナーは
第1の実施の形態で用いたような回収ローラ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。
【0062】
【発明の効果】前記のように構成された本発明の請求項
1の画像形成装置によれば、画像形成に際して、トナー
が前記トナー供給手段によってトナー流制御手段に供給
され、そのトナー流制御手段により、帯電したトナーの
流れを制御して、トナーによる画像を支持体上に形成す
る。この場合、前記トナーは架橋剤が加えられているの
で、電極上に熱融着を起こしにくく、十分な濃度コント
ラストが得られるという効果がある。
【0063】また、請求項2の画像形成装置によれば、
架橋剤が芳香族ポリイソシアネートであるため、より十
分な濃度コントラストが得られる。
【0064】また、請求項3の画像形成装置によれば、
ポリエステル樹脂100に対して架橋剤が1〜5添加さ
れているため、より十分な濃度コントラストが得られ
る。
【0065】また、請求項4のトナーによれば、となー
がポリエステル樹脂に架橋剤を加えて形成されているた
め、電極上に熱融着を起こしにくく、十分な濃度コント
ラストが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像形成装置の構成を具体化した一実
施例を示す図である。
【図2】本発明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】本発明の画像形成装置に用いられるアパチャ電
極体と担持ローラとの構成を模式的に表す図である。
【図4】画像形成装置における画像濃度の電圧制御性の
説明に供する図である。
【符号の説明】
1 アパチャ電極体 4 制御電極 6 アパチャ 16 トナー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 帯電したトナーの流れを制御するトナー
    流制御手段と、そのトナー流制御手段にトナーを供給す
    るトナー供給手段とを備える画像形成装置において、 前記トナーは、バインダー樹脂のポリエステル樹脂に架
    橋剤を加えて形成されたことを特徴とする画像形成装
    置。
  2. 【請求項2】 前記架橋剤は芳香族ポリイソシアネート
    であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装
    置。
  3. 【請求項3】 前期トナーは、架橋剤を樹脂100に対
    して1〜5添加したことを特徴とする請求項1に記載の
    画像形成装置。
  4. 【請求項4】 帯電したトナーの流れを制御するトナー
    流制御手段と、そのトナー流制御手段にトナーを供給す
    るトナー供給手段とを備える画像形成装置に用いられる
    トナーにおいて、 前記トナーは、バインダー樹脂のポリエステル樹脂に架
    橋剤を加えて形成させていることを特徴とする画像形成
    装置に用いられるトナー。
JP24619396A 1996-09-18 1996-09-18 画像形成装置並びにその画像形成装置に用いられるトナー Pending JPH1086435A (ja)

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