JPS6133187B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、記録体の一方の面で電圧を印加しな
がら、他方の面で現像を行なうことにより直接、
可視像を得る画像記録装置に関し、特に、改良さ
れた対向電極を用いて行なう画像記録装置に関す
るものである。

従来、記録体上の一方の面で電圧を印加しなが
ら他方の面で現像を行なう方法として、例えば第
１図に示す如き構成の装置をもつて実施される画
像記録方法が知られている。本発明の理解を助け
るために、以下、第１図に代表される従来技術に
ついて簡単に触れる。

図において、符号１は記録電極、符号２は記録
体、符号３は導電性磁性トナー、符号３ａは帯電
した導電性磁性トナー（以下単に帯電トナーと称
す）、符号４は記録電極より注入された電荷、符
号５は強磁界域をそれぞれ示している。導電性磁
性トナーは強磁界域における磁気力の作用を受け
て導体シエル５ａの表面に層状に塗布されてい
る。記録体２は導電性支持体２ａの表面に絶縁層
２ｂを形成したものであつて、一例としては、静
電記録等よく使用されているように低抵抗処理さ
れた基紙上に誘電体を塗布したものがある。

導電性磁性トナー３は電気的に導体であつて磁
気的に吸引される性質を有する直径0.5μｍから
100μｍ程度の範囲にある着色粉末である。導体
シエル５ａは一定速度で回転し、導電性磁性トナ
ー３を運搬する担体であるとともに記録電極１に
より記録体２および導電性磁性トナー３に電界を
印加するための対向電極としての役割を果してい
る。このため、一般に接地して使用される。Ｎ、
Ｓを交互に配列した磁石群５ｂは、１つには導電
性磁性トナー３を吸引する強磁界域５を形成させ
るためのものであり、又、後述する如く、地肌汚
れを防止する役目も担つている。

画像記録に際しては、導電性磁性トナーを塗布
された導体シエル５ａを回転させながら、記録電
極１に画像信号を印加する。記録電極１に信号電
圧（第１図の例では負圧）を印加するとき、記録
体２の支持体２ａは導電性を有するため記録電極
１から信号電圧と同極性の電荷４が注入される。
又、導電性磁性トナー３には導体シエル５ａより
逆極性の電荷が注入されるため、記録電極１に近
い部分トナー３ａは信号電圧と逆極性に帯電さ
れ、記録体２の表面に吸引される力が働く。そし
て、帯電トナー３ａが信号電圧、および注入電荷
４により吸引される力が強磁界域５の磁気力より
強くなつたとき、帯電トナー３ａは記録体２に吸
引され付着する。

このように、記録体２を矢印６のように移動し
て走査し、絶縁層２ｂの表面にトナー３ｂを付着
させることにより、信号電圧に応じた可視像を得
るのである。

ところで、上記従来の記録装置においては、記
録領域、すなわち記録電極１と対向する対向電極
５ａの他面側にトナーを保持するために磁石５ｂ
が配置されていたが、磁石５ｂは一般に磁力が強
すぎ、対向電極と微小間隙を隔した記録体２の表
面に対してもかなり大きな磁力の影響を及ぼして
いる。このため、パルス状の信号電圧を印加して
一旦記録体２の表面に吸引されたトナーが、信号
電圧の印加が終了すると磁石５ｂの磁力で対向電
極側に戻されてしまい、濃度の高い画像記録がな
されないという欠点を有していた。この欠点を解
消するためには、パルス状信号電圧の印加時間を
長くして記録体上に多量のトナーを電気的に吸引
付着させればよいが、そうすると、記録速度が遅
いものとなつてしまう。

従つて、本発明は高濃度の記録を高速で行なう
ことのできる画像記録装置を提供することを目的
とする。

以下、図示した実施例を参照しながら本発明を
詳細に説明する。

第２図は本発明の実施に好適な画像記録装置の
構成を示した図である。図において、符号７は記
録電極を示しており、この記録電極７の電極面に
摺接して記録体８が矢印方向に、所定速度で搬送
されるようになつている。ここに使用される記録
体は普通紙、誘導性フイルム、静電記録紙等のい
づれであつてもよい。記録電極７に対向した位置
には、間隔をおいて、対向電極９が、無端回転体
例えばドラム状の電極支持体１０の周囲に一様に
配設されている。なお、電極支持体１０および対
向電極９は帯状或いは板状に形成されていてもよ
い。ここで、対向電極９の材質、および構造は本
発明の最も特徴的な点であるが、詳細については
後述する。さて、電極支持体１０は中空ドラム状
に形成されていて、この中に磁石１１が固定され
ている。つまり、固定された磁石１１に対して電
極支持体１０が回動される構成になつそいる。そ
して、電極支持体１０はその内部に固定された磁
石１１に対して矢印方向に回動される構成となつ
ている。又、電極支持体１０の外周近傍には磁石
１１と対向して、磁石１２が磁石１１に対して磁
気的に吸引するような位置関係で配設されてい
る。これら２つの磁石１１と、磁石１２との間に
位置している対向電極９の上方には導電性磁性ト
ナー３を貯えたトナータンク１３があり、又、該
トナータンク１３の下部より延出されたトナーガ
イド板１３ａの先端部が位置していて、導電性磁
性トナー３が、磁石１１，１２間にある対向電極
９上にふりかけられるようになつている。又、こ
れらの磁石１１，１２および対向電極９の下方に
はトナー受皿１４が配置されていて対向電極９に
塗布されずに落下したトナーを受けるようになつ
ている。符号１５で示されたものは記録信号発生
器で、記録信号をパルス状に出力し、記録電極７
に伝える。なお、記録信号印加に際しての記録電
極７と対向電極９との電気的極性は互いに逆とな
るように構成されている。

次に、対向電極９の材質および構造等について
説明する。

対向電極９は、少くともその表面部の材質は、
電気的に導体であり、かつ、強磁性材料にて製作
される必要がある。その代表例としては、ニツケ
ル、コバルト、鉄、およびこれらを含む合金があ
げられる。そして、上記材料よりなる多数の繊維
の組合せにより対向電極９は成り立つている。繊
維の径は約0.5μｍ〜300μｍの範囲、より好まし
くは約２μｍ〜30μｍの範囲である。そして、こ
れらの繊維の組合せによつて多数の微細な凹凸が
対向電極９の表面に形成される。第３図ないし第
６図は対向電極９を構成する繊維の各種組合せ状
態を電極支持体１０とともに示した図である。第
３図において符号１６で示したのは導電性磁性材
料からなる繊維であつて、電極支持体１０ａ上に
一定間隔をおいて平行に並設されている。ここで
の電極支持体１０ａは、非磁性体が用いられる。
それらは、例えば、アルミニウム、銅、合成樹
脂、合成ゴム、ガラス、陶磁器等である。第４図
の場合、導電性磁性材料よりなる繊維１７は、第
３図の場合に比べやや細目のものが使用され、し
かも、これらは、電極支持体１０ｂ上に密集して
配設されている。電極支持体１０ｂは、ここで
は、強磁性材料、例えばニツケル、コバルト、
鉄、およびこれらを含む合金等が使用される。

次に、第５図の例では、導電性磁性材料からな
る繊維１８は格子状に編まれた構成をなしてい
る。なお電極支持体１０ｃの材質は第３図におけ
る電極支持体１０ａと同様である。第６図の例で
は、導電性磁性材料からなる繊維１９に混つて、
この繊維１９より大径の繊維状スペーサ２０が定
間隔に配設されている。このスペーサ２０を用い
た構成では、繊維２０の上方に、スペーサ２０の
径との差の分だけ空隙を形成して、画像形成時に
おいて記録体とトナー層との間隔を一定に保たせ
る利点がある。このスペーサ２０の材質は電気的
に絶縁体又は半導体であつて、かつ、磁化されに
くいものが使用される。例えば合成樹脂、合成ゴ
ム、ガラス、陶磁器等がよい。

第２図に示された画像記録装置の構成において
対向電極９および電極支持体１０は、上記第３図
ないし第６図に則して説明した各構成の中から選
択して使用するものとする。

このように対向電極９を、導電性磁性材料から
なる凹凸構造としたのは次の理由による。

一般に、一様でない静磁場Ｈ（〓）の中にある
体積Ｖ、磁化Ｍ（〓、Ｈ）の導電性磁性トナー粒
子に働く磁気的な力〓は次式で与えられる。

〓＝∫_V（〓（〓、Ｈ）・）〓 dv ………(1) ここで、理解を容易にするため、磁場が強くな
る方向にＸ軸をとり、磁化〓（〓、Ｈ）は一様で
あると仮定すると、上記(1)式は次式のようにな
る。

Ｆ＝Ｖ・Ｍ（Ｈ）・ｄＨ／ｄＸ ………(2) 上記(2)式において、Ｘ軸方向における磁場の変
化率の大小が、導電性磁性トナーに作用する力Ｆ
に大きく寄与していることはあきらかである。つ
まり、磁場の変化率が大きければ大きい程、導電
性磁性トナーは大きな力を受けるのである。

第２図において、第３図ないし第６図とともに
説明した如き多数の凹凸部を形成した表面構造を
有する対向電極９が、２つの磁石１１，１２によ
つて形成される磁場におかれると、対向電極９を
構成している導電性磁性材料からなる繊維は磁化
されて、その周囲に２πＭ_F（Ｍ_Fは繊維の飽和磁
化とする）の程度の磁場をつくる。

なお、その磁場の及ぶ範囲は繊維の断面直径の
程度の距離を出さない。このとき、繊維の近傍に
は、上記磁化された繊維による磁場と、磁石１
１，１２による磁場とによる大きな磁場勾配が、
繊維で構成された多数の凹凸部の存在によつて生
じ、上記(2)式におけるｄＨ／ｄＸが大きくなつて、そ
の 結果、トナータンク１３より供給される導電性磁
性トナー３は、対向電極９に良好に吸着されるの
である。ここに使用される導電性磁性トナー３に
関し、これは特開昭49−4532にも示されている如
く磁鉄鉱のように磁気的に吸引され得る金属物質
を微細化し、その粒子をトナーに含有させて得ら
れるものが使用される。トナーの粒径は約0.5μ
ｍ〜300μｍの範囲にあるものがよく、より好ま
しくは、約２μｍ〜30μｍの範囲にある球径の粒
子がよい。又、トナーの固有抵抗は200V/cmの電
界において10⁷Ω・cm以下、好ましくは10⁴Ω・cm
以下がよい。第７図は、対向電極９に対する導電
性磁性トナーの吸着状態を、第５図に示した構成
の対向電極を例にひいて、部分的に拡大して示し
た図である。図からもわかる通り、繊維１８部、
特に繊維１８の縦横交叉部等の凹凸の著るしい部
分に多くのトナーの集中的付着がみられる。

このようにして一旦、対向電極９に吸着された
導電性磁性トナー３は、対向電極９が矢印方向に
回動されることにより、磁石１１，１２から遠ざ
かつても、対向電極９及び電極支持体１０（但
し、その電極支持体が磁性体である場合のみ）及
び磁性トナーに貯えられた残留電気や、対向電極
９を構成する繊維とトナー粒子間の付着力等によ
る支持力をもつて対向電極９の表面に一様に塗布
されて、記録電極７部へと移動されていく。従つ
て、このようにトナーを対向電極上に保持してい
る力は、上記残留磁気や付着力による支持力であ
つて弱い力である。

電極支持体１０の材質を、磁性体とするか、非
磁性体とするかは、これに組合う対向電極たる繊
維の物性、形状、構造等との関係を考慮の上、上
述の如く対向電極９に塗布されたトナー粒子を最
小限の支持力で保持することとができるようにす
ることを主眼として適宜選択される。

従来技術が、記録体上にトナーを直接、接触さ
せるという構成をとつていたのに比べ、本発明で
は記録電極７が配設されている記録領域におい
て、対向電極９を覆つている導電性磁性トナー３
と記録体２との間を数μｍ〜数mmの範囲であけ、
一定の間隔が保持されるような構成になつてい
る。それは、このような構成にしても、画像形成
に必要な十分な量のトナーを記録体に付着させる
ことが可能だからである。例えば、第２図、第７
図に示されるように導電性磁性トナー３を吸着し
た対向電極９および電極支持体１０が記録電極７
の配設された記録領域に移動され、記録電極７に
パルス状信号電圧が印加されると、微細な凹凸を
形成するように構成された対向電極９に倣つて、
細かくみた場合に凹凸状に吸着されている導電性
磁性トナー３のトナー層の近傍には、大きな電場
勾配が形成される。導電性磁性トナー３は、対向
電極９からの電荷注入によつて、記録電極７と逆
の極性に高い表面電荷密度に荷電され、信号電圧
に応じて作用される電気的な力により前記(1)、(2)
式により説明した事項と類似の原理に基き、高い
表面電荷密度と大きな電場勾配の作用により容易
に記録電極７の方へ飛行し、両電極間に介在する
記録体８上に画像状に付着して可視像２１が形成
される。上記プロセスにおいて、従来技術は記録
電極７に、比較的高い信号電圧を必要とするが、
本発明においては、もともとの弱い支持力で対向
電極９に付着せられていた導電性磁性トナー３
を、記録領域において高い表面電荷密度と大きな
電場勾配を形成させることによつてトナー粒子に
集中的な力を作用せしめ、記録電極７に対してよ
り低い信号電圧によつても十分に、記録体８に導
電性磁性トナー３を飛行させ得、高濃度、高速記
録を行なうことができるのである。

高速度画像記録については、パルス状信号電圧
の印加持続時間を数10μSec/dot程度まで上げる
ことができる。本発明の構成では、従来技術にお
いて、トナー層を形成する手段の他に地肌汚れを
解消する手段としての機能も果していた磁石群５
ｂに相当するものは何ら用いられていない。従つ
て、記録電極７の作用によつて一旦、記録体８に
引き付けられた導電性磁性トナー３が、記録電極
７における信号電圧の印加が終了した途端、再
び、対向電極９側に引き戻される懸念はない。こ
のため、パルス状信号電圧の印加持続時間を短か
くすることが可能となり、 よつて記録速度を早めることができるのであ
る。

第８図は本発明の実施に適する画像記録装置の
他の構成例を示したものである。本構成が前述第
２図の構成と異なる点を以下に記す。なお、第８
図の例は第２図の例と共通の構成部分を具備して
いるから、その部分には共通の符号を付し説明は
略す。

図において、電極支持体１０の内部であつて、
記録電極７が対向しているところの記録領域部を
除外した位置には、３個の磁石２２，２３，２４
が等間隔に配設されている。これら３個の磁石の
うち、垂直状に配設された磁石２２は、磁束密度
を大きくするために尖端部が尖つている。この磁
石２２の長手方向下方の対向位置には、磁性材料
からなるマグローラ２５が配設されている。マグ
ローラ２５は中空状のローラで、内部に４つの磁
石２６，２７，２８，２９が等間隔に配設されて
いる。その中の１つである磁石２８は上記磁石２
２と対向した位置に配設されていて、この磁石２
８は、磁石２２に対して互いに吸引すような位置
関係で配設されている。なお、上記した各磁石２
２，２３，２４，２６，２７，２８，２９は各々
回動される電極支持体１０、マグローラ２５に対
して別個に固定されている。このように、本構成
では、トナータンク１３に貯えられた導電性磁性
トナー３は矢印方向に回動されるマグローラ２５
の周面に、上記磁石２９の吸引力によつて十分な
量吸着される。そして、磁石２２，２８両者の対
向部において、矢印方向に回動されてくる対向電
極９上に転移される。

第２図の構成では、導電性磁性トナー３は単
に、対向電極９上にふりかけながら、吸着される
にすぎなかつたが、第８図の構成では、対向電極
９に、マグローラ２５上のトナー層が擦られなが
ら吸着される。よつて、対向電極９には、より十
分な量の導電性磁性トナーが容易に吸着され得、
トナー吸着工程のスピードアツプが計れる。

記録電極７は記録信号発生器１５に接続されて
いる。そして、対向電極９には、記録電極７に印
加される信号電圧と逆極性のバイアス電圧を印加
するためのバイアス電圧発生器３０が接続されて
いる。上記構成により、本第８図の例では第２図
の例に比べ記録電極７と対向電極９との間により
大きな電位差をもたせることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の画像記録方法を説明した図、第
２図、第８図は本発明による画像記録方法を実施
するに好適な画像記録装置の構成図、第３図ない
し第６図は本発明に用いられる各種対向電極の構
成を示した正面図並に平面図、第７図は、対向電
極を構成する繊維に対するトナー粒子の付着状態
を拡大して示した正面図並に平面図である。 ８……記録体、９……対向電極、１６，１７，
１８，１９……繊維。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的に導体であり、かつ、磁気的に吸引さ
   れ得る性質のトナーで被覆された対向電極に、可
   視像を形成させるべき記録体を近接させて、この
   記録体の他方の面に配置した記録電極に信号電圧
   を印加し、この信号電圧に応じて上記記録体上に
   トナーを付着させて可視像を得る記録法におい
   て、 対向電極の表面部を、電気的に導体であり、か
   つ、強磁性材料からなる多数の繊維の組合せから
   なる中空の無端回転体で構成し、この無端回転体
   の内周近傍であつて記録領域外の任意の位置に、
   トナー吸着用の磁石を設けたことを特徴とする画
   像記録装置。