JPH11268318A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像形成装置において、トナー流制御手段の
トナー担持手段からの浮きや接触不足を防止し、画線の
抜けや濃度むらのない画像を形成でき、しかもトナー流
制御手段へのトナーの固着を防いで、耐久性を高める。 【解決手段】 トナー流を制御する手段であるプリント
ヘッド１には、制御電極４がトナー供給方向下流側から
配設され、上流側からダミー電極５が配設されている。
これにより、プリントヘッド１とトナー担持ローラとの
接触圧力が均一になり、プリントヘッド１がトナー担持
ローラから浮いたり接触不良を起こし難いものとなる。
このため、トナー担持ローラに担持されたトナーは、プ
リントヘッド１と摺動して機械的な作用を受け、トナー
担持ローラによる付着力から解放され、トナー流は確実
に制御される。

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、プロッタなどに適用される画像形成
装置に関し、特に、トナー粒子の開口通過を制御するこ
とにより、記録媒体上に画像を記録する画像形成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の画像形成装置において、
トナー流路を有した電極に画像信号を印加することによ
りトナー粒子の通過を制御して記録媒体上に画像を形成
するものが知られている（例えば、特開平６−２５５１
６３号公報参照）。また、トナー流路として開孔（以
下、アパチャと呼ぶ）を用いたものも知られている（例
えば、特開平６−１５５７９８号公報参照）。

【０００３】このような従来の画像形成装置は、アパチ
ャを列状に配置すると共に、各アパチャに対応した制御
電極を備えた絶縁性シートからなるプリントヘッドと、
荷電体としてのトナーを担持するトナー担持ローラとを
備え、プリントヘッドをその一側面がアパチャ列近傍で
トナー担持ローラの周面と接触するように配置すると共
に、制御電極に対して画像データに応じた電圧（以下、
制御電圧と称する）を印加することによって、帯電した
トナーのアパチャ通過を制御し、プリントヘッドを挟ん
でトナー担持ローラと反対側に配置された記録媒体にト
ナー像を形成するように構成されている。ここで、制御
電極はトナー担持ローラの回転方向下流側から配設され
ている。

【０００４】この画像形成装置によれば、トナー担持ロ
ーラ上のトナーとプリントヘッドとは、アパチャの近傍
で均一に接触していることから、そのアパチャの近傍に
付着してトナーの流れを妨げようとするトナーを、後か
ら搬送されてくるトナーで擦ることになり、トナーの流
れが妨げられることはない。通常、トナー担持ローラの
表面上に担持されつつアパチャに向けて供給されるトナ
ーは、トナー担持ローラの表面に対して、トナーの帯電
による鏡像力の他、ファンデルワールス力その他の物理
的な力で付着しているので、そのトナーを、制御電圧に
よりアパチャ内に形成される電界（以下、制御電界と称
する）のみによって、前記表面から引き離すためには、
非常に大きな制御電圧を必要とする。

【０００５】ところが、前記構成の画像形成装置によれ
ば、トナー担持ローラ上に担持されたトナーが、アパチ
ャ近傍でプリントヘッドと摺動することにより、機械的
な力を受け、トナー担持ローラとの付着力から解放され
る。よって、小さな電圧でトナーのアパチャ通過を制御
できる。加えて、プリントヘッドとトナー担持ローラ上
のトナーとが接触するように配置することは、プリント
ヘッド上の制御電極とトナー担持ローラ間とが極めて近
接することになり、小さな電圧で得られる制御電界によ
って、トナーを制御可能となり、より小さな電圧で高い
コントラストが得られることにつながる。

【０００６】

【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、トナー担持ローラ、
プリントヘッド、及びトナーの摺動状態を形成するため
に、図３に示すように、フィルム状のプリントヘッド１
を、予め張力を与えた状態でトナー担持ローラ１４に押
しつけ、プリントヘッド１のたわみ角（図３においてθ
−１８０に相当する）が数度程度となるように配置され
ている。プリントヘッド１はトナー供給ローラ１４の表
面に沿うように可撓性を有する。従って、プリントヘッ
ド１とトナー担持ローラ１４とは、図３に示す接触部３
７において所定の幅をもって互いに圧接しているが、こ
の接触部３７におけるプリントヘッド１が不均一に変形
するために、画像形成時に次のような問題が生じる。

【０００７】図４にトナー担持ローラ１４とプリントヘ
ッド１の接触変形を数値解析した図を示す。プリントヘ
ッド１にかかる張力は３８．６ｆ／ｍｍである。この場
合の、接触部の幅は１．６ｍｍ、図４ではＸ軸の原点か
ら両側に０．８ｍｍの幅で接触している。この数値解析
に用いたプリントヘッド１の構成を、図５に示してい
る。プリントヘッド１上の銅製パターンの制御電極４が
有る部分と、無い部分の剛性の違いによって、プリント
ヘッド１の一部がトナー担持ローラ１４の回転方向
（Ｂ）の上流側に接触せずに浮き上がっている部分Ｇが
ある。これは、制御電極４である銅パターンが途切れて
いる部分である。このプリントヘッド１の浮きのため、
トナー担持ローラ１４上に担持されたトナーがアパチャ
６の近傍でプリントヘッド１と摺動できず、機械的な力
を十分に受けられないため、トナー担持ローラ１４との
付着力から解放されない。よって、小さな電圧でトナー
のアパチャ６通過を制御できない。従って、得られる画
像の濃度は薄くなり、コントラストも不十分なものにな
ってしまう。

【０００８】また、プリントヘッド１とトナー担持ロー
ラ１４の接触部より、上流側にプリントヘッド１の浮き
が有るために、その部分でトナーの滞留が生じ、これが
原因で、トナーの堰き止めが生じることがある。これが
起こると、プリントヘッド１のアパチャ６の直下に十分
な量のトナーが供給されず、濃度の低下、コントラスト
の低下、画像の抜けなどが発生する。さらに、滞留した
トナーがプリントヘッド１に固着し、これが成長して著
しいトナーの堰き止めが起こり、アパチャ６の直下にト
ナーを供給できなくなることもある。

【０００９】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、トナー流を制御する手段のトナ
ー担持手段からの浮きや接触不足を防止し、もって、画
線の抜けや濃度むらのない画像を形成でき、しかもトナ
ー流制御手段へのトナーの固着を防いで、耐久性の高い
画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、トナーの通過するトナー
流路、及びトナーの通過を制御するために配列形成され
た複数の制御電極を有するトナー流制御手段と、そのト
ナー流制御手段に対してトナーを供給するトナー担持手
段とを備え、そのトナー担持手段によって供給されるト
ナーの通過をトナー流制御手段により制御して、トナー
担持手段とはトナー流制御手段を挟んで反対側に位置す
る記録媒体上にトナーを飛翔させることにより画像を形
成する画像形成装置において、トナー流制御手段には、
各制御電極がトナー担持手段によるトナー供給方向下流
側から配設され、上流側から疑似電極パターンが配設さ
れているものである。

【００１１】この構成においては、トナー流制御手段に
トナー供給方向下流側及び上流側から、それぞれ制御電
極、疑似電極パターンが配設されているので、トナー流
制御手段が薄いシート状部材からなる場合においても、
トナー流制御手段とトナー担持手段との接触圧力を均一
にすることが可能となり、トナー流制御手段がトナー担
持手段から浮いたり接触不良を起こし難いものとなる。
このため、トナー担持手段に担持されたトナーは、トナ
ー流制御手段と摺動して機械的な作用を十分に受け、ト
ナー担持手段による付着力から解放される。よって、ト
ナー流制御手段は、トナー流路を通って記録媒体上に飛
翔するトナーを確実に制御できる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の画像形成装置において、疑似電極パターンは、
制御電極と同じ材料で成るものである。この構成におい
ては、トナー流制御手段が、トナー供給方向下流側及び
上流側のいずれにおいても、トナー担持手段から浮いた
り接触不良を起こしたりすることを確実に防止できる。

【００１３】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は請求項２に記載の画像形成装置において、疑似電極
パターンは、隣り合う制御電極の間に対応する位置に配
置されているものである。この構成においては、制御電
極と疑似電極パターンとをトナー流制御手段上にトナー
供給方向において切れ目なく形成することができ、その
結果、トナー流制御手段の一部が機械的に弱くなるよう
なことがなくなり、トナー担持手段から浮いたり接触不
良を起こし難いものとなる。

【００１４】また、請求項４に記載の発明は、請求項３
に記載の画像形成装置において、疑似電極パターンは、
制御電極とトナー供給方向において一部がオーバーラッ
プするように設けられているものである。この構成にお
いては、上記と同等の作用が得られる。

【００１５】また、請求項５に記載の発明は、請求項１
乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置におい
て、疑似電極パターンは、トナー供給方向下流側に向け
て幅細に形成されているものである。この構成において
は、制御電極と疑似電極パターンとがトナー供給方向に
おいて一部がオーバーラップしても、その部分だけが他
の部分に比べて不均一に剛性を持つようなことが抑制さ
れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の画
像形成装置の概略構成図である。画像形成装置は、トナ
ー供給装置１０を備え、このトナー供給装置１０の上部
には、トナー流の制御を行うためのトナー流制御手段と
してのプリントヘッド１が設けられる。このプリントヘ
ッド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る。プリントヘ
ッド１と背面電極ローラ２２との間隙には、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、記録媒体２
０が、図１に示す矢印Ｃ方向に搬送される。この記録媒
体２０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が配設される。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
のものでも構わない。

【００１７】次に、上記各構成要素の詳細を説明する。
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を有し、そのトナーケース１１内に、
荷電体としての、望ましくは絶縁性のトナー１６が収納
されると共に、トナー１６を担持してプリントヘッド１
に向かって搬送するための円筒形のトナー担持ローラ１
４が設けられる。なお、トナー担持ローラ１４は請求項
でいうトナー担持手段を構成するものである。

【００１８】トナー担持ローラ１４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。こ
の供給ローラ１２とトナー担持ローラ１４とは、それら
の円筒面が互いに圧接するように、互いに平行に配設さ
れる。また、トナーケース１１内において、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共に、そのトナー１６を
均一に帯電させるための層規制ブレード１８が設けら
れ、この層規制ブレード１８は、トナー担持ローラ１４
にその一端が圧接されている。

【００１９】次に、上記プリントヘッド１の詳細構成を
図２を加えて説明する。プリントヘッド１は、例えば、
厚さ２５μｍ程度のポリイミド製の絶縁性のベース２か
ら構成され、そのベース２には、図２に示すように、１
００μｍ×８０μｍ程度のトナー流路としてのアパチャ
（開口）６が、プリントヘッド１の長手方向に一列に形
成されている。このアパチャ６の両側には、厚さ５μｍ
程度の銅、又は、金等の導電性金属パターンからなる制
御電極４が、トナー搬送方向下流側から延びて、上流側
にアパチャ６よりも例えば６０μｍだけ、はみ出た形で
配設されている。

【００２０】さらに、制御電極４の反対側、つまり、上
流側からダミー電極５（疑似電極パターン）が、隣り合
う制御電極４の間に、搬送方向において一部が重なるよ
うに配設されている。このダミー電極５は、プリントヘ
ッド１をトナーケース１１に取り付ける部分からアパチ
ャ６の近傍まで配設されている。ダミー電極５の制御電
極４との間で重なる長さは、１μｍから６０μｍの範囲
で調節可能であり、本実施の形態では重なる長さＦが３
０μｍになるように配設した。上記ダミー電極５は、エ
ッチング法によって、プリントヘッド１を製作する際
に、制御電極４のマスクにダミー電極５のパターンを、
一緒に書き込んでおくだけで、制御電極４を形成する工
程で同時に形成することができる。このため、余分な工
程が増えたりすることはない。

【００２１】上記プリントヘッド１は、所定のテンショ
ンを加えられながらトナーケース１１に対して取り付け
られる。プリントヘッド１には、制御電極４とダミー電
極５が同じ厚さで図２のように配設されているため、ト
ナー担持ローラ１４に所定のテンションを加えられなが
ら、図３で示した接触部３７で接触する。プリントヘッ
ド１はトナー供給ローラ１４の表面に沿うように可撓性
を有する。このとき、プリントヘッド１上には、トナー
担持ローラ１４の回転方向下流側に配設された制御電極
４に加えて、上流側に配設されたダミー電極５があるの
で、プリントヘッド１は全体で剛性が均一となり、トナ
ー担持ローラ１４から浮き上がったり、接触圧が不足し
たりすることがなくなる。このため、プリントヘッド１
はトナー担持ローラ１４のカーブに沿った、同じ形状で
変形する。

【００２２】上記プリントヘッド１の制御電極４は、Ｉ
Ｃ等の駆動素子８（図１）に各々接続されている。駆動
素子８は、図示しない画像信号受信手段から送られてく
る画像信号に基づき、制御電極４に対して、＋３０Ｖ／
０Ｖ、もしくは＋３０Ｖ／−３０ＶのＯＮ／ＯＦＦ電圧
を印加するように構成されている。なお、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ている。さらに、背面電極
ローラ２２には、直流電源２４が接続されており、この
直流電源２４は背面電極ローラ２２に対して＋１ｋＶの
電圧を印加し得るようになっている。

【００２３】次に、上述のように構成された画像形成装
置の動作を説明する。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。供給ローラ１２によりトナー担持ロー
ラ１４に供給されたトナー１６は、層規制ブレード１８
によって均一にならされ、薄く均一な厚さのトナー層と
なって担持されると共に、層規制ブレード１８に擦られ
ながら所定の極性、ここでは負極性（マイナス）に帯電
させられる。さらに、トナー担持ローラ１４上で薄層化
されたトナー１６は、トナー担持ローラ１４に担持され
たまま、トナー担持ローラ１４が矢印Ｂ方向に回転する
のに伴って、プリントヘッド１に向けて搬送される。そ
の結果、一定量のトナー１６が、プリントヘッド１とト
ナー担持ローラ１４との間に誘導される。

【００２４】さらに、トナー担持ローラ１４上のトナー
１６は、トナー担持ローラ１４とプリントヘッド１に挟
まれ、この部分の均一な圧力による摺動でトナー１６が
転動し、トナー担持ローラ１４とトナー１６との付着力
が緩和された状態で、プリントヘッド１のアパチャ列近
傍に供給される。このとき、接触部３７の中の制御電極
４の先端部分では、ダミー電極５が形成されていること
から、プリントヘッド１の浮きや接触圧不足が発生せ
ず、均一なため、トナー１６は滞留することなく、機械
的な力が加えられて転動され、トナー担持ローラ１４へ
の付着力が弱められた状態でアパチャ６直下へ供給され
る。

【００２５】制御電圧は次のように与えられる。例え
ば、画像信号に応じて、その画像部に対応する制御電極
４に対し、駆動素子８から＋３０Ｖの正電圧が印加され
ると、その制御電極４に対応するアパチャ６の近傍に
は、制御電極４とトナー担持ローラ１４との間の電位差
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、負極性に帯電され
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上からアパチャ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＋１
ｋＶ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、その記録媒体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、駆動素子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、トナー１６はアパチャ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１４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
間に画像部に対応する電界とは逆の電界が形成されるこ
ととなり、トナー１６のアパチャ６通過を効果的に抑止
できる。よって、かぶりの少ない画像が形成されること
になる。

【００２７】一方、プリントヘッド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によるアパチャ６の１列分の画素が形
成される間に、アパチャ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。

【００２８】上記の構成でなる画像形成装置によりプリ
ントされた画像は、プリントヘッド１がダミー電極５の
存在により、トナー担持ローラ１４から浮き上がった
り、接触圧が不足したりすることがなくなるので、画線
部の抜けや画像部の濃度むらのない良好な画像を得るこ
とができる。また、プリントヘッド１とトナー担持ロー
ラ１４の接触部分におけるトナーの滞留もなく、トナー
の固着も発生せず、プリントヘッド１の耐久性の向上に
も寄与し得る。さらには、制御電極パターンを製作する
工程において同時にダミー電極を製作できるため、ダミ
ー電極を製作する新たな時間やコストは不要である。

【００２９】なお、本発明は、以上に詳述した実施の形
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。例
えば、本実施の形態では、制御電極４間にオーバーラッ
プするダミー電極５の長さを、３０μｍに設定したが、
この長さは効果を失わない範囲において任意に設定する
ことが可能であり、その範囲は、１μｍから制御電極４
がアパチャ４からはみ出している距離（本実施の形態で
は６０μｍ）の間で設定が可能である。

【００３０】また、ダミー電極５について、上記実施形
態では、その長さ方向に幅寸法に変化がなく、トナー供
給方向下流側先端が矩形のものを示したが、制御電極４
とのオーバーラップ部分で下流側に向けて幅細となる形
に形成されているものであってもよい。また、ダミー電
極のみでなく、制御電極４も先端側が細幅となる構成で
あってもよい。この構成によれば、制御電極４とダミー
電極５とがトナー供給方向において一部がオーバーラッ
プしても、その部分だけが他の部分に比べて不均一に剛
性を持つようなことが抑制され、全体として均一な剛性
となり、トナー担持ローラ１４のカーブに沿った形状に
変形する上で、好ましいものとなる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
係る画像形成装置によれば、トナー流制御手段に制御電
極をトナー供給方向下流側から配設し、上流側から疑似
電極パターンを配設したので、トナー流制御手段とトナ
ー担持手段との接触圧力を均一にすることができ、トナ
ー流制御手段にトナーの固着その他の画像形成上の不具
合を生ずることを防止できると共に、濃度むらのない画
像形成が可能となる。

【００３２】また、請求項２に記載の発明に係る画像形
成装置によれば、疑似電極パターンと制御電極とを同じ
材料で形成することにより、トナー流制御手段をトナー
担持手段から浮いたり接触不良を起こし難いものとする
ことが可能で、上記請求項１と効果が確実に得られる。

【００３３】また、請求項３に記載の発明に係る画像形
成装置によれば、疑似電極パターンを制御電極の間に対
応する位置に配置することにより、トナー流制御手段の
一部が機械的に弱くなるようなことがなくなり、トナー
担持手段から浮いたり接触不良を起こすことが防止さ
れ、上記請求項１の効果が確実に得られる。

【００３４】また、請求項４に記載の発明に係る画像形
成装置によれば、疑似電極パターンをトナー供給方向下
流側に向けて幅細に形成することで、トナー流制御手段
は均一な剛性のものとすることができ、上記請求項１の
効果が確実に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による画像形成装置の概
略構成図である。

【図２】同装置に搭載されるプリントヘッドの構成図で
ある。

【図３】従来のプリントヘッドとトナー担持ローラとの
配置を示す図である。

【図４】従来のプリントヘッドの変形とトナー担持ロー
ラの関係を示す図である。

【図５】従来のプリントヘッドの概略を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ プリントヘッド（トナー流制御手段） ４ 制御電極 ５ ダミー電極（疑似電極パターン） ６ アパチャ（トナー流路） ７ 摺動部 ８ 駆動素子 １４ トナー担持ローラ（トナー担持手段） １６ トナー ２０ 記録媒体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トナーの通過するトナー流路、及び前記
   トナーの通過を制御するために配列形成された複数の制
   御電極を有するトナー流制御手段と、そのトナー流制御
   手段に対してトナーを供給するトナー担持手段とを備
   え、そのトナー担持手段によって供給されるトナーの通
   過を前記トナー流制御手段により制御して、前記トナー
   担持手段とはトナー流制御手段を挟んで反対側に位置す
   る記録媒体上にトナーを飛翔させることにより画像を形
   成する画像形成装置において、前記トナー流制御手段に
   は、各制御電極が前記トナー担持手段によるトナー供給
   方向下流側から配設され、上流側から疑似電極パターン
   が配設されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 【請求項２】 前記疑似電極パターンは、前記制御電極
   と同じ材料で成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】 前記疑似電極パターンは、前記隣り合う
   制御電極の間に対応する位置に配置されていることを特
   徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 【請求項４】 前記疑似電極パターンは、前記制御電極
   とトナー供給方向において一部がオーバーラップするよ
   うに設けられていることを特徴とする請求項３に記載の
   画像形成装置。
5. 【請求項５】 前記疑似電極パターンは、トナー供給方
   向下流側に向けて幅細に形成されていることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装
   置。