JPS63139752A - 粒体画像記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電気信号に応じて粉体画像を記録体上に形成す
る粉体画像記録装置に関するものである。

（従来の技術） 粉体を用いた画像記録方法としては電子写真法、静電記
録法等の潜像担体上に静電潜像を形成し、これを現像、
転写、定着する方法が広く知られておシ、複写機プリン
タ、ファクシミリ等に用いられている。この方法は高速
で高密度の記録か行なわれる反面その記録工程の複雑さ
故に、信頼性、維持性が低い。装置が大型高価であると
いう欠点を有している。

一方、画像情報に応じて記録紙上にトナーを付着せしめ
可視像を得る粉体直接記録方法は、画像形成、定着の２
工程で画像形成されるために維持性の向上、装置の小型
化が図れる等の利点が有り数多くの方式が提案されてい
る。

電極、記録体、トナ一層、電極の順に配して、両電極間
に電界を印加して記録を行ういわゆる粉体コントログラ
フイーもこの方式の一種であるが、電界が紙という環境
によシ特性が大きく変化する媒体を介して作用する為、
環境に対する信頼性が低い。又、記録紙とトナ一層が接
触する事によって生じる非画像部のカブリを除去し難い
等の問題を有している。一方、静電記録の潜像形成手段
として、コロナ流又はイオン発生手段と、微小開口を有
するイオン通過制御手段とを有し、該微小開孔をイオン
が通過する／しないによって記録を行う方式が広く知ら
れているが、この方式においてイオンを帯電したトナー
粒子に置き換える事によって、記録体上に直接画像を形
成する事が出来る。

しかしながら実用的観点から見ると、かかる方式【おい
ては制御電極に付着したトナーが除去されず、該微小開
孔に詰まりを生じることは避は難く、記録は行なわれて
も装置の維持性および信頼性は極めて低いものとなって
しまう。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記のような粉体直接記録方式の欠点を排除し
て、特に低い信頼性を高め、対環境性に優れ長期にわた
り安定した記録を行うことのできる粉体画像記録装置を
提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段、・作用う本発明によれ
ば、上記の問題点は、導ル゛、性トナーを担持する低抗
性表面を有するトナー担持体、微小開口部とその周囲に
設けた複数のｔｉとを有する制御電極、および記録体を
保持し前記微小開口部に対向して設けた対向電極をそれ
ぞれ隔離して配置し、制御電極に画像信号に応じて電圧
を印加して導電性トナーを記録体側へ移行させることを
特徴とする粉体画像記録装置によって解決される。

本発明による粉体画像記録装置による画像記録の原理を
第１図によって説明すると、第１図（、）において導電
性トナー担持体（６）上には導電性トナー（４）が導電
性粘着ＷＪ（５）を介して粘着担持されていて、開口（
７）を有する制御電極（３）が導電性担持体に対して該
担持体上のトナーと非接触状態に保持されている。対向
電極（１）は制御電極（３）に対して導電性トナー相持
体（６）の反対側に非接触状態に保持されている。また
制＠電極（３）Ｊ：対向電極（１）との間に制御電極と
け非接触状態に記録体（２）が配置されている。

導電性トナー担持体および制御電極は接地されているか
または同電位に保たれており、対向電極には所定の電圧
（Ｖ＾）が印加されている。この対向電極の電圧（Ｖム
）によって形成される電界は制御電極によってシールド
されているので担持体上に粘着している導電性トナーに
影響を受けず、従って導電性トナーは担持体上に安定し
て粘着している。次いで制御電極に所定の電圧（Ｖｃ）
　　が印加されるトナーが担持体から飛翔するが、この
現象は、制御電極に印加された電圧罠よってトナーに電
荷が誘導され、その電荷が制御電極とトナー担持体との
間の電界によって記録体の方に引かれる静電引力を生じ
ることによるものである。飛翔トナーの一部は制御電極
に設けられている開口を通過し、対向電極の形成してい
る電界により対向電極上にある記録体に付着して記録が
行われる（第１図（ｂ））。残シの飛翔トナーは制御電
極に衝突し、開口を通過することなく制御電極に付着す
る。この付着したトナーには制御電極に電圧が印加され
ている間は制御電極とトナー相持体との間の電界によっ
て前記と逆極性の電荷が誘導され、従ってこのトナーは
再び制御電極を離れて飛翔し。

トナー担持体上に復帰する（第１（ｃ）図）。こうして
制御電極に電圧が印加されている間、同様なトナーの飛
翔が繰返し行われる。飛翔して記録体に到着したトナー
には対向電極に印加された電圧によシ形成される電界が
作用しているが、記録体から電荷が注入されないので、
このトナーが制御電極側へ戻ることはない。制御′電極
上のトナーは、前記のように、信号印加電圧がなくなる
とトナー担持体側の誘導電極に戻シ、次の信号印加以前
に制御電極に回帰させられる。従って繰返し記録を行う
ときにも安定した状態が維持でき、この回帰作用により
制御電極の開口部や制御電極の電荷の発生に支障を来す
ことはない。

本発明に使用するトナーは導電性であって、制御電極と
導電性トナー担持体と間で形成される電界の作用により
トナーに誘導される電荷によるクーロン力によって飛翔
を繰返すことができる。良好なトナーの飛翔を得るため
にはトナー相持体上のトナ一層の薄膜化および均一化が
必要であるが、一般に粘着性を有する導電性材料（第１
図（、）の５）。

（例えば導電性カーゼ／ブラックを混入したシリコーン
エラストマーでトナー担持体を形成することによって薄
層よシなる均一なトナ一層を得ることができる。

本発明によれば、導電性基体上に絶縁層および抵抗層を
債層したトナー担持体が使用される。第３図は本発明に
よるトナー担持体の断面図であって、（１２）は導電性
基体、（１３）は絶ＲＭ、（１４）は抵抗層である。こ
のような本発明のトナー担持体には例えば約５０μｍの
ギャップでトナ一層形成用電極（９）が設けられており
、この電極から導電性トナー（４）を介してトナー担持
体、特に絶縁層および抵抗層に充電が行われ、導電性ト
ナーと担持体表面との間に静電力が生起し、゛　担持体
表面にトナーの薄層が形成される。本発明のトナー担持
体表面に導電性トナーの薄層が形成される原理を第４図
によって説明すると、トナ一層長成用電極（９）によっ
て形成された電界によシ導電性トナー（４）に注入され
た正電荷が、トナー担持体（６）の移動に伴う導電性ト
ナーの移動により、トナー担持体の抵抗層（１４）とト
ナーとの界面に到達し、このときに両者の間にクー・ロ
ン引力が作用し、トナー担持体の表面にトナー薄層が形
成される。しかしながら従来このようなトナ一層形成の
現象は抵抗層（１４）を有しない場合、すなわち絶縁層
（１３）の上でのみ生じるものとされていた。しかしな
がら本発明者等は、絶縁層の上に抵抗層を設けることに
よって、この抵抗層の上に導電層トナーの薄層を形成せ
しめると共に、■　静電荷ノイズが乗りにくくなるので
トナ一層の均一性の経時安定性が増大する、■絶縁層の
みの場合には水分の吸着等により高湿時に均一性が低下
するが、本発明の担持体は抵抗層があるので高湿時にも
良好に作動する、■　トナ一層形成の間に制御電極の作
用によ］トナーの電荷がある程度抵抗層に注入され、担
持体へのトナー付着力が弱められ、画像の高濃度高速応
答が促進される、■　トナー担持体の表面が多少摩耗し
てもトナ一層のトナー量を支配するトナー担持体の容量
が変化しないのでトナー薄層形成の安定性が優れている
、等の効果がある。

本発明によるトナー担持体の抵抗層は、第４図に示した
ように、導電性トナーと抵抗層との接触界面に電荷が生
じてから、この電荷が抵抗層に注入されて抵抗層と絶縁
層との界面まで移動し、トナーとトナー担持体との街に
静電力が作用しなくなるまでの時間が適当に設定される
ように選定する。しかしながらこの選定は抵抗層および
絶縁層を含むトナー担持体に作用する電気的境界条件を
どのように設定するかということにも依存していること
はいうまでもない。例えば第３図に示した実施例におい
ては、トナー担持体に対してトナ一層形成用電極（９）
および制御電極（３）が存在し、往復運動する導電性ト
ナー（４）を介して電気的境界条件が付与されるときて
は、トナー粒子のそれぞれの場所で相持体の電圧が対応
するそれぞれの電極電圧に一致するように電荷が分布す
ることになる。また、トナー担持体の抵抗層の体肇抵抗
率が大き過ぎる前記■〜■の効果が損われ、逆に小さ過
ぎると薄層形成性が損われる。その最適範囲は絶縁層の
厚さによっても異なるが、絶縁層厚さが１０〜１００　
ｔｇｍのとき、１０〜１０１０Ω−１の体積抵抗率で■
〜■の効果が認められる。

体積抵抗率が１００−α程度のときにはトナ一層形成用
電極を制御電極に接近して設けることが好ましい 本発明の他の態様によれば５本発明のトナー担特休は導
電性基体上に微細に分割された絶縁性隆起部が設けられ
ている。すなわち、第５図におい［ｄ、（６）はアルミ
ニウム管でアリ、（１５）は例えばぼりスチレン微粉末
を管（６）上に融着させて形成した微細なポリスチレン
粒子の凸部であり、このような多数の凸部によってトナ
ー担持体の導電性基体（１２）上に微細に分割された絶
縁性隆起部（１５）が形成される。このポリスチレンよ
りなる微細な隆起部の表面はコロナ帯電器（１７）によ
って例えば正に帯電され、この隆起部に導電性トナー粒
子が付着するとこのトナー粒子を介してトナー担持体の
絶縁層（１３）が帯電される。従ってトナー供給用ペッ
ト（１６）とトナー担持体との間に電圧を印加すると、
導電性トナーはトナー担持体との接触またはペットから
担持体への電界による飛翔によって前記絶縁性隆起部に
付着し、トナー担持体の表面に均一なトナー薄層が形成
される。また、コロナ帯電器によって予め帯電すること
なく、トナー供給用ペットとトナー担持体の導電性基体
との間に直流または交流（直流偏倚交流を含む）電圧を
印加し、該ペットと担持体との間で導電性トナーを往復
運動させ、この運動の際に導電性トナーが絶縁性隆起部
上に捕獲される。この場合にはコロナ帯電器用の高電圧
が不要となり、かつトナーが烈しく往復運動を繰返すの
で、密に充填されたトナー薄層がトナー担持体上に形成
され、ドツト濃度を高めることができる。微細に分割さ
れた絶縁性隆起部は感光性重合体を使用して形成するこ
ともでき、この場合には絶縁性隆起部の微細ノターンの
規則性、大きさの統一を図ることができる。絶縁性樹脂
の代りに耐摩耗性のよいがラスビーズを施こすことがで
き、この場合には熱封着用ガラス微粉末を加熱した導電
性基体ロールに噴射して隆起部を形成するのが好ましい
。また導電性基体ロールをアルミナ等の多孔性セラミッ
クで形成し、この上に金属を蒸着法等によって施こし、
次いでその表面を研摩して所望のトナー担持体を得るこ
ともできる。絶縁性隆起部の隆起の高さは第６図（ａ）
　、　（ｂ）　、　（ｅ）に示したように例えば絶縁樹
脂粉末の噴射速度、導電性基体ロールの温度等によシ任
意に選択できるが、第６図（ａ）のように比較的突出し
た隆起部の場合には、導電性トナー（４）は第６図（ａ
ｌ）のように隆起部（１５）の周囲に立体的に付着する
。この場合には制御電極によるトナー飛翔の感度がよく
なり高速方式に適する。一方、第６図（ｃ）のように比
較的平らな隆起部の場合にＣ・よ、導電性トナーのトナ
ー供給ペットからトナー担持体への飛翔は絶縁性隆起部
においてのみ行われ、トナーは第６図（ｃｌ）のように
比較的平担に付着する。この場合に汀トナーの飛翔感度
は低下するが得られる画像のしまりが良くなる。

本発明の更に他の態様によれば、トナー担持体は酸化ア
ルミニウム表面層を有しているアルミニウム担持体から
なる。この酸化アルミニウム表面層はシリンダ、ロール
、ベルト、ウェブ等の形のアルミニウム材に陽極酸化を
行って形成することができる。酸化アルミニウム表面層
の厚さは例えば２０μｍであるが、一般に酸化アルミニ
ウム表面層は厚さが小さい程■アルマイト化処理時間が
短かく、製造費が少ない、■トナー薄層形成用電圧が低
い、■トナー担持体上の電荷が逸散し易くアルマイト表
面層での電荷蓄積が防止される、■画像形成時のトナー
への電荷誘導時定数が小さく高速化ができる等の利点が
あるので、アルマイト表面層の厚さは、トナー薄層形成
時に印加される電界によって絶縁破壊されない範囲内で
できるだけ薄くすることが好ましい。このような酸化ア
ルミニウム表面層を有するトナー担持体によれば、担持
体上での導電性トナーの薄層形成は、摩擦帯電等による
ものではなく、該トナーによる酸化アルミニウム表面層
の充電現象によって行われるので、トナーによる環境汚
染の問題が防止され、繰返し安定性て富んでいる。担持
体上で薄層を形成するトナーの量は酸化アルミニウム表
面層に与えられる電界によって決まるので、酸化アルミ
ニウム表面層は粗面であってもよく、かつ酸化アルミニ
ウム層は大面積にわたって比較的均一な層厚さで形成す
ることができ、樹脂層と比較して静電荷ノイズの蓄積が
少なく、硬度が高く、固看トナー除去手段の導入が可能
であり、またトナーが相溶するなどの化学反応を生じる
ことがなく、安定に操作することができる。また、樹脂
中に導電性粒子を分散させた分散型フィルムよりなる絶
縁層の場合には、導電性トナーがこの絶縁層に付着して
飛翔するのが困難であるが、酸化アルミニウム表面層の
場合にはこのような不利な現象は生じない。

本発明のもう一つの態様によれば、トナー担持体は樹脂
封孔処理された酸化アルミニウム表面層を有しているア
ルミニウム担持体からなる。この樹脂封孔処理された酸
化アルミニウム表面層は、例えば電解法によりアルミニ
ウム・ぐイブの表面に酸化アルミニウム層を形成させ、
その上に例えばシリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポ
キシ樹脂、テフロン等を被覆し、次いで酸化アルミニウ
ム層が露出するまで研摩することによって得られる。

このようなトナー相持体とトナ一層形成用電極との間に
電圧を印加すると（第２図参照）、電流が導電性トナー
（４）を介してトナ一層形成用電極（９）からトナー担
持体（６）に流れようとするが、このときトナー担持体
と接する位置にあるトナーは、酸化アルミニウムが電気
絶縁性であるために、トナーに蓄積された電荷がトナー
からアルミニウムに移行しない限り、トナーには静電力
が作用してトナー担持体上にトナーが吸引付着され薄層
を形成するが、薄層を形成するトナーの量は酸化アルミ
ニウムの部分に接触する単層または数層に制限され、ト
ナー量の安定性が確保される。

この実施態様によれば、■絶縁層を大面積にわたり均一
な厚さで形成させることができ、しかも絶縁層の膜強度
が大きく耐摩耗性が優れている、■静電的に均質な絶縁
層が得られるので静電力ノイズが入りテ＜＜、■樹脂封
孔処理によりアルマイト層上のトナー薄層形成のための
環境安定性がよくな９、またアルマイト層の電荷保持性
が向上し、トナー担持体へのトナー付着力が増大し、摂
動その他によるトナーの飛散が防止される等、の効果が
得られる。

以下の実施例によって本発明を更に具体的に説明する。

実施例１ 第２図に示した装置を用いて本発明を実施した。

第２図において、導電性トナー担持ロール（６）と、導
電性トナー（４）を介して電気的に接続するトナ一層形
成用電極（９）とＫよって、トナー担持ロール上にトナ
ーの薄層が形成される。絶縁性基＆（８）としての厚さ
１００μｍのポリイミド樹脂フィルム上に積層された厚
さ２２μｍのＣｕ層写真製版法により外径８０μｍの円
形の制御電極群（３−ａ、３−ｂ−）を２００μｍのピ
ッチで形成し、各電極は図示してない引き出し電極によ
り５００−ＯＶ間をスイッチできる駆動回路にそれぞれ
接続されている。対向電極ロール（１）には１５００Ｖ
の電圧を印加した。制御電極群とトナー担持ロールとの
間の距離は約１５０μｍであり、制御電極群と対向電極
ロールとの間の距離は約３００μｍである。第３図に示
した構造のトナー担持ロールの導電性基体（１２）は肉
厚１咽、外径３７■ダのアルミニラムノぞイブよりなり
、その表面に厚さ１００μｍのポリエチレンフィルムを
接着し、継目はエポキシ樹脂でシールし、硬化後にポリ
ッシングクロスで研磨した。その上に中心粒径約０．３
μｍの５ｒｎＯ２微粉を２５重ｔチ含有するポリカーぜ
ネート樹脂をスプレー塗布し、硬化後に厚さ約２μｍの
抵抗層を設けた。

こうして得たトナー担持ロールから約５０μｍの距離を
隔ててトナ一層形成用電極を設け、体積抵抗率約１０４
０−閏、平均粒径１０μｍの導電性トナーを上記ロール
と電極との間に配置した。次に、接地した導電性基体に
対して５０Ｖの電圧をトナ一層形成用電極に印加しなが
らトナー担持ロールを第３図の矢印方向に回転させると
、略単層からなる安定したトナ一層がトナー担持ロール
上に形成された。対向電極ロールと制御電極間に記録紙
（２）を送行させると、制御電極群に接続された電圧供
給駆動回路が画像信号に応じて制御され、安定した粉体
画像ドツトが記録紙上に得られた。

実施例２ 実施例１と同様な寸法の２００°ＣＶζ加熱されたアル
ミニウム・ξイブにポリスチレン微粉をスゾレ−して熱
融着させ、微細に分割された絶縁性隆起部を形成した。

この絶縁性隆起部の分布状態は、担持体ロール表面を成
る平面で切ったときの切口の線上で隆起部の存在する／
存在しないの長さの比が約１：１になるようにした。こ
うして得たトナー担持ロール（４）をコロナ帯電器（１
７）（＋６．０ＫＶ）により帯電し、ポリスチレン隆起
部を正に帯電させ、導電性トナー（５）を収容したトナ
ー供給用ベツ）（１６）に接近させた。このときトナー
供給用ペットはトナー担持体ロールの導電部と同電位に
保った。導電性トナーは接触または接触によりより絶縁
性隆起部に付着し、担持体ロール上に略均−なトナー薄
層が形成された。

実施例１と同様な制御電極群（３）に＋５００Ｖの電圧
供給駆動回路を接続し、制御電極群の裏側に３００μｍ
の距離を隔てて設けられている対向電極ロール（１）は
＋１５００Ｖに保った。対向電極ロールと制御電極群の
間に記録紙（２）を送行させて、同様に安定した粉体画
像ドツトが記録紙上に得られた。

実施例３ 実施例１と同様な寸法のアルミニウムパイプを硫酸電解
法によシ陽極酸化処理して、パイプ表面に厚さ約２０μ
ｍの酸化アルミニウム層を形成した。こうして得たトナ
ー担持体ロールから約１００μｍの距離を隔ててトナ一
層形成用電極（９）を設け（第２図）、担持体ロールの
芯部（ｍ化されていないアルミニウム）と電極（９）と
の間にトナ一層形成のために１００ｖの電圧を印加した
。

実施例１と同様な条件で制御電極群および対向電極ロー
ルを使用し、トナー担持体ロール（６）を第２図の矢印
方向に回転させ、駆動回路で制御電圧を制御することに
より、画像信号に対応した安定した粉体画像ドツトが記
録紙（２）上に得られた。

実施例４ 実施例３と同様にして得た厚さ約２０μｍの酸化アルミ
ニウム層を表面に有するアルミニウムＪＲイブを真空炉
内で加熱し、シリコーンハードコート剤（ＫＰ−８５、
信越シリコーン社製）、ポリウレタン樹脂溶液、エポキ
シ樹脂溶液およびテフロン微粉末分散液をそれぞれ浸漬
した後、表面を研磨して部分的に酸化アルミニウム層を
露出させトナー担持体ロールを作った。このトナー担持
体ロールを用い、第２図に示した装置により実施例１と
同様に操作して、画像信号に対応して安定した粉体画像
ドツトが記録紙上に得られた。

（発明の効果） 本発明によれば、導電性トナーを使用して安定したトナ
ー薄層の形成、保持、搬送が行われ、安定した高品位の
粉体画像ドツトが得られ、かつ本文中に記載した多くの
効果が奏せられるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｅ）は本発明の粉体
画像記録装置の粉体画像記録の原理を説明するだめの図
、第２図は本発明による粉体画像記録装置の一例を示す
図、第３図は本発明によるトナー担持体を説明するため
の図、第４図はトナー薄層形成の原理を説明するだめの
図、第５図は本発明装置の他の例を示す図、第６図（ａ
）　ｌ　（ｂ）　、　（ｅ）は本発明による絶縁性隆起
部を示す図、第６図（、ＡＩ）、（ｅｌ）は隆起部の形
状と導電性トナーとの付着状態を示す図である。 図中符号 １・・・対向電極、２・・・記録体、３・・・制御電極
、４・・・導電性トナー、５・・−粘着性導電層、６・
・・導電性トナー担持層、７・・・開孔、８・・・絶縁
性基板、９・・・トナ一層形成用電極、１０・・・印字
ドツト、１１・・・トナ一層形成用電圧、１２・・・導
電性基体、１３・・・絶縁層、１４・・・抵抗層、１５
・・・絶縁性隆起部、１６・・・トナー供給用Ｒット、
１７・・・コロナ帯電器。 代理入弁叩士（８１０７）佐々木清隆 （ほか３名） 第　　１　　図 （ｂ） （Ｃ） 第　　２　　図 第　　３　　図 第　　４　　図 １１Ｅ５図 ↓二 第　　６　　図 （Ｃ） 手続？４ｎ正書（方式） ％式％ 名　称　　（５４９）富士ゼロックス株式会社６、　補
正により増加する発明の数：　０７、　補正の対象：　
明細書の「図面の簡単な説明」の欄明細内第２２頁第し
２行目、ｒ（ａ）、（ｂ）、　６６　＆　（ｃ　１）　
Ｊを削除する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　導電性トナーを担持する抵抗性表面を有するトナー
   担持体、微小開口部とその周囲に設けた複数の電極とを
   有する制御電極、および記録体を保持し前記微小開口部
   に対向して設けた対向電極をそれぞれ隔離して配置し、
   制御電極に画像信号に応じて電圧を印加して導電性トナ
   ーを記録体側へ移行させることを特徴とする粉体画像記
   録装置。 ２　導電性トナーが導電性非磁性トナーであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３　トナー担持体が、導電性基体上に絶縁層および抵抗
   層を積層したトナー担持体であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。 ４　トナー担持体が、導電性基体上に微細に分割された
   絶縁性隆起部を設けてなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 ５　トナー担持体が、酸化アルミニウム表面層を有する
   アルミニウム担持体であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 ６　トナー担持体が、樹脂封孔処理された酸化アルミニ
   ウム表面層を有するアルミニウム担持体であることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項に記載の装置。