JP2000506457A - トナー噴射型印刷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 「トナー噴射」印刷装置と呼ばれるタイプの印刷装置において、一般に「トナー」と呼ばれる乾燥着色粉体を、直接的な方法によって、所定の比較的低い電位（例えば、＋５０Ｖ）で帯電した回転トナー供給ロール（１）から、フレキシブル印刷回路型の固定トナーマトリクス（３）のトナー供給開口部（８）を通過させて、所定の比較的高い電位（例えば、＋１５００Ｖ）で帯電した支持ロール（４）の上で送られる印刷物（５）、例えば、紙に転写し、最後に、紙（５）に付着したトナー粉体を熱処理手段（１２）によって紙に固定し、上記装置では、マトリクス（３）の各トナー供給開口部（８）は導電制御リング（９）によって囲まれ、制御リング（９）は、交互に、トナ一供給ロール（１）の電位より高いが支持ロール（４）の電位より低い所定の正電位（例えば、＋３００Ｖ）で帯電したり、または、トナー供給ロール（１）の電位より低い電位で帯電することができ、マトリクス（３）の各トナー制御リング（９）の内径はトナーマトリクス基材（１３）のトナー供給開口部（８）の直径と少なくともほぼ同じ直径を有する。マトリクス全体は薄い絶縁層（１４）で被覆される。

Description

【発明の詳細な説明】 トナー射型印刷装置 本発明は、一般に、種々のプリンタ、コピー機、テレファックス機等に用いら れるタイプで、電気的処理によって例えば紙のような印刷物に付着し、一般に熱 処理によって紙に固定されるドライトナー（着色粉体）を用いて動作する印刷装 置に関する。 本発明は、特に、上記タイプで、「トナー噴射」印刷装置と呼ばれ、一般に「 トナー」と呼ばれる乾燥着色粉体を、直接的な方法によって、回転トナー供給ロ ールから、フレキシブル印刷回路型の固定マトリクスの開口部を通過して、支持 ロール上を移動する例えば紙のような印刷物に転写し、最後に、紙に付着したト ナーを熱処理によって紙に固定する印刷装置を目指す。 上記処理の原理は、トナーを供給ロールから紙に転写する２つの電界、すなわ ち、第１の電界および第２の電界を発生させることである。第１の電界は、トナ ー供給ロールとトナーマトリクスの間に存在し、その極性を逆にすることができ る。第２の電界は、好ましくは一定の下方向に向いた正電界であり、マトリクス と紙を送る支持ロールの間に存在する。 トナーマトリクスは多くの非常に狭い貫通開口部が形成され、これらの開口部 の直径は例えば１００〜３００μｍであり、このような各開口部の周囲には、適 宜な金属、例えば、銅の導電リング、以下「銅リング」が設けられている。各銅 リングは、正電位、例えば、＋３００Ｖを銅リングに印加できるように配置され 、この電位は供給ロールの電位より高く、例えば、＋５〜＋１００Ｖ、好ましく は、およそ＋５０Ｖであるが、紙支持ロールの電位より低く、例えば、＋１５０ ０Ｖになる。導電リングは、電圧が印加されたとき、属するマトリクスの開口部 を「開いた」状態にし、トナーをそのまま通す。これに対して、マトリクスの開 口部にトナー供給ロールの電位よりかなり小さい電位が印加された場合、例えば 開口部が接地された場合、属するマトリクスの開口部は「閉じた」状態になり、 それによって、トナーが上記開口部を下方に通過するのを防ぐ。 機能は以下の通りである。 ・トナー粒子は互いに摩擦し合うので、着色粉体（トナー）は負電位を獲得す る。 ・トナーをトナー供給ロールに供給し、このロールは所定の電位、多くの場合 、＋０〜＋１００Ｖの間で変動しうる電位の陽電荷を有する。トナーは、ドクタ ーブレードによって、供給ロールの均一で適宜な厚さの層に散布される。 ・マトリクス開口部のリングに供給ロールの電位より高い正電位、例えば、＋ ３００Ｖが印加されるので、所望のトナー点に対応するマトリクスの各開口部が 開く。トナーを搬送しない部分に対応する開口部は接地されたままの状態である 。これは、上記開口部が「閉じた」状態として見なされることを意味し、これに よって、トナーが上記開口部を通過できないようにする。開いたマトリクス開口 部を組み合わせて、結像する模様を形成する。 ・供給ロールとトナーマトリクスの電位差、例えば、＋５０Ｖ〜＋３００Ｖの 場合は＋２５０Ｖの電位差によって、陰電荷トナー粒子は供給ロールからマトリ クスに向かって下方に吸引される。トナーマトリクスとその下に取り付けられた 支持ロールの電位差、例えば、＋３００Ｖ〜＋１５００Ｖの場合は＋１２００Ｖ の電位差によって、トナー粒子はマトリクスから移動し、支持ロールで送られる 紙に付着する。 ・最後に、トナーが付着した紙は熱処理装置を通過し、この装置で、トナーを 紙に固定する。 電流密度と電界がトナー粒子に作用する牽引力の関係は、ほぼ線形の関係であ る。電界の最大密度は銅リングの真上に位置し、密度は開口部の中心に向かう方 向に減少する。供給ロールの電位を小さくすることによって供給ロールとマトリ クスの電位差を大きくして、開口部を通過するトナー量を増やす。供給ロールの 電位を大きくすると、それに対応して、通過するトナー量が減少する。 マトリクスの銅リングを接地することによって、電位方向は供給ロールとの間 で下方向の＋２５０Ｖから上方向の＋５０Ｖになり、逆向きになる。これによっ て、陰電荷トナー粒子は供給ロールに付着する、または、このような粒子は供給 ロールに吸引される。 印刷装置の特定の実施の形態では、供給ロールとマトリクスの距離はおよそ０ ．１ｍｍに調整され、マトリクスと支持ロールの距離はおよそ０．６ｍｍに調整 された。例として挙げられる上記電位の場合、電界の強さは２．５Ｖ／μｍにな り、この電界の強さはおよそ１Ｖ／μｍの空気の絶縁性より高い。供給ロールと マトリクスの銅リングの間および銅リングと支持ロールの間でフラッシュオーバ ーが発生するおそれを取り除くため、マトリクスの開口リングを絶縁する必要が ある。 トナー噴射型印刷装置では、公知の範囲において、銅リングをマトリクス材料 に「焼き付ける」（埋め込む）ことによって、銅リングを絶縁していた。したが って、マトリクスの開口部の銅リングの内径をマトリクスの開口部の直径より大 きくして、絶縁材料を塗布してマトリクスの全面を被覆していた。例えば、直径 １９０μｍのマトリクス開口部の場合、銅リングの内径は２５０μｍになった。 これは、トナーを下方に通過させるマトリクス開口部の表面が銅リングの内面の わずか５７．８％にすぎないことを意味し、トナーを通過させる開口部は銅リン グの内径の内部で少し半径方向に位置し、ここで、電界密度は最高になり、この 電界密度はトナーを下方に吸引する力を最大にするはずである。その結果として 、トナー供給度は非常に制限される。 したがって、本発明の目的は、上記公知の印刷装置の能力よりトナーを下方に 通過させる容量が非常に大きいトナー噴射型印刷装置を供給するという問題を解 決することである。 トナー開口部の直径を帯電した銅リングの内径と少なくともほぼ同じ幅にする ことによって、銅リングを最大にして用い、トナーを供給ロールからマトリクス を通過させて紙に移動させるので、この問題は解決される。好ましくは、マトリ クス開口部に孔をあけたマトリクス基材の上部に銅リングを直接取り付け、これ によって、マトリクス開口部は銅リングの内径と同じ直径になる。しかしながら 、上記のように、銅リングを常に絶縁する必要がある。本発明によれば、帯電し た銅リングをマトリクス基材の上部に固定し、マトリクス開口部および銅リング を縁から縁まで延長し、マトリクス全体を、例えば蒸着法によって、マトリクス 、マトリクス開口部および銅リングのすべての自由面および縁部を被覆する絶縁 材料で被覆する。利用可能な方法はパリレンョ方法（ユニオン・カーバイド社） と呼ばれる方法である。この方法によると、真空装置内で、高分子絶縁材料であ るポリパラキシレンをマトリクスに塗布し、適正に調整した厚さの層を形成する 。材料の耐電気劣化性はおよそ２００Ｖ／μｍである。これは、トナー供給ロー ルとマトリクスの銅リングとの間で＋２５０Ｖの電圧の電界を絶縁するには、厚 さわずか２μｍの層を用いれば十分であることを意味する。 添付図面において、図１は、トナー噴射型印刷装置の基本原理の概略斜視図で ある。図２は、従来の公知の技術によるトナー噴射型印刷装置全体の概略断面図 である。図３は、図２の円で囲んだ部分の拡大図である。図４は、図２と同様に 、本発明に係る印刷装置を示す。 このように、図１にはトナー噴射型印刷装置が概略的に示され、この印刷装置 は、公知のタイプのトナー（着色粉体）の層２を有するトナー供給ロール１と、 上記供給ロール１の下部に取り付けられたトナーマトリクス３と、マトリクス３ の下部に取り付けられ、マトリクスと支持ロールの間の印刷物を移動させる支持 ロール４とを備える。通常、上記印刷物は紙５である。 図２に示されるように、トナー容器６を回転供給ロール１の上部に取り付け、 上記容器６からトナーを供給ロール１に落下させる。ドクターブレード７はトナ ーを塗布するとともに分散させ、供給ロール１に均一なトナ一層２を形成する。 ある正電圧、例えば、＋５Ｖ〜＋１００Ｖの電圧を供給ロールに印加する。例示 の場合は、およそ＋５０Ｖの電圧を印加する。トナー粒子は互いに摩擦し合うの で、トナー粒子は負極性で帯電し、これによって、トナー粒子は正極性で帯電し た供給ロールに吸引される。 マトリクス３には多くの貫通開口部８が形成され、開口部８は上記装置が「開 いた」状態になるとトナーを通すようになっている。開口部の直径は１００〜３ ００μｍでよい。例えば銅製の導電リング９は各トナー開口部８を囲んで取り付 けられ、トナー粒子の下方移動を制御する。各銅リング９または制御リングはダ クト１０の上に位置し、ダクト１０は制御手段１１に電気的に接続されている。 制御手段１１は、図２に概略的に示され、供給ロール１の電圧より高い電圧、例 えば、＋３００Ｖの電圧を銅リングに印加することによってマトリクス開口部を 「開く」動作、または、供給ロールの電圧より低い電圧、特に、リング９が接地 される±０Ｖの電圧に銅リングを接続することによってマトリクス開口部を「閉 じる」動作を交互に行うように配置されている。 このように、銅リング９に例えば＋３００Ｖの電位を印加してトナーマトリク ス開口部８を開くことによって、トナー供給ロール１とマトリクス３の電位差は ＋３００Ｖ−＋５０Ｖ＝＋２５０Ｖになる。上記電位差は、陰電荷を持つトナー 粒子がトナー供給ロール１から離れ、マトリクス３とは反対に下方に吸引され、 開いたマトリクス開口部８を通過するだけの大きさである。銅リングを接地した 場合、電位方向は逆向きになり、上方向の＋５０Ｖの電位差が生じ、それによっ て、トナー粒子はトナー供給ロール１に吸引され、トナー供給ロール１に留まる 。 支持ロール４には、マトリクスの最高電圧＋３００Ｖより高い電圧が絶えず印 加される。例示の場合、上記支持ロールには＋１５００Ｖの電圧が印加される。 マトリクス開口部８が「開いた」とき、下方向の＋１２００Ｖの電位差が生じ、 上記電位差によって、トナー粒子はマトリクス３から支持ロール４に向かって下 方に吸引される。トナー粒子は、支持ロール４で送られる紙５にトナーのドット として付着する。このようないくつかのマトリクス開口部８からの一連のドット は印刷画像を紙上に連続的に形成する。 その後、トナー粒子を付着した紙５は、熱処理装置、例えば、２つのヒーター ロール１２間を通過し、これらのロールの間で回転し、トナー粉体を紙に固定す る。 図中に示した異なる部品同士の距離は分かりやすくするためにかなり誇張して いる。トナー供給ロール１とマトリクス３の実際の距離は、例えば、０．１ｍｍ 、マトリクスと支持ロール４の距離は、例えば、０．６ｍｍでよい。 上記および図３（従来技術）に示すように、マトリクス３のトナー供給開口部 ８を開くように配置された銅リング９は、トナー供給ロール１および支持ロール ４のそれそれに対するフラッシュオーバーを避けるために絶縁されなければなら ない。従来技術のプリンタでは、一般に、銅リングを絶縁材料に埋め込んでいた 。これは、銅リング９の内径がマトリクスのトナー開口部８の直径よりかなり小 さくなるという影響がある。これによって、マトリクスの上記トナー開口部８の 直径は例えば１９０μｍになる可能性があり、したがって、銅リング９の内径は ２５０μｍになる。これは、トナーを通過させるマトリクス開口部８の面積が銅 リング９の内面積のわずか５７．８％にすぎないことを意味する。これは、特に 、電界密度の上部が銅リング９の内径に隣接することを考慮していない点が良く ない。このような理由で、トナー通過容量は非常に制限される。図３には、電界 密度を点線で示している。 したがって、トナーをマトリクスの開口部に通過させる容量を大きくするため 、銅リング９の内径をマトリクストナー開口部８の直径と同じまたはほぼ同じに するのが望ましい。その理由は、このような場合、銅リング９を最大にして用い 、トナーを供給ロール１からマトリクス３を通過させて紙５に転写することがで きるからである。好ましくは、図４に示されるように、マトリクス開口部に孔を あけたマトリクス基材１３の上部に銅リング９を直接取り付け、これによって、 マトリクス開口部８は銅リング９の内径と同じ直径になる。 しかしながら、上記のように、フラッシュオーバーを避けるため、銅リング９ を常に絶縁しなければならない。本発明によれば、導電銅リング９を、適宜方法 で、例えば、接着剤またはテープによってマトリクス基材の上部に固定接続し、 マトリクス開口部８および銅リング９をその内径とともに縁から縁まで延長する 。その後、マトリクス３全体を薄い絶縁層１４で被覆する。この絶縁層１４は、 上面および底面でマトリクス全体を被覆するとともに、マトリクス開口部８およ び銅リング９の両方の内縁部に塗布される。例えば、このような被覆は蒸着法に よって行われ、蒸着法は絶縁材料を用い、この絶縁材料はマトリクス、マトリク ス開口部および銅リングのすべての自由面を密閉する。現在利用可能な方法はパ リレンョ方法（ユニオン・カーバイド社）と呼ばれる方法である。この方法によ ると、蒸着装置を用いて、ポリパラキシレンと呼ばれる高分子絶縁材料をマトリ クスに塗布し、非常に適正な所定の厚さの層を形成する。材料の耐電気劣化性は およそ２００Ｖ／μｍである。これは、トナー供給ロール１とマトリクスの銅リ ング９との間で２５０Ｖの電界を絶縁するには、厚さわずか２μｍの絶縁層１４ を用いれば十分であることを意味する。しかし、絶縁層を厚さ５〜１０μｍに塗 布 することができる。絶縁層が１０μｍのように厚くても、マトリクスのトナーを 通過させる開口部の直径は１７０μｍである。直径１９０μｍの銅リング９の場 合、マトリクスのトナーを通過させる特定の開口部は、銅リング９の内面と比較 して、８９．８％であり、これは、銅リングの内径が２５０μｍなので特定の開 口面が５７．８％になる従来技術の場合と比較される。本発明によると、トナー をマトリクスに通過させる特定の開口面は、従来技術の印刷装置の開口面より３ ２％大きい。これによって、印刷装置で印刷するときのマージンが大きくなり、 より均一な印刷品質が得られる。同時に、周囲空気の変動する湿度および温度に よる問題が軽減される。印刷の色濃度の度合が高くなったので、制御リング９の 駆動電圧を小さくすることができ、装置に含まれるある手段の許容度を高めるこ とができる。 符号 １ トナー供給ロール ２ トナー層 ３ トナーマトリクス ４ 支持ロール ５ 紙 ６ トナー容器 ７ ドクターブレード ８ トナー供給開口部 ９ 銅リング １０ ダクト（９に用いる） １１ 制御手段 １２ ヒーターロール １３ マトリクス基材 １４ 絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 リクス全体は薄い絶縁層（１４）で被覆される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 「トナー噴射」印刷装置と呼ばれるタイプの印刷装置において、一般 に「トナー」と呼ばれる乾燥着色粉体を、直接的な方法によって、所定の比較的 低い電位（例えば、＋５０Ｖ）で帯電した回転トナー供給ロール（１）から、フ レキシブル印刷回路型の固定トナーマトリクス（３）のトナー供給開口部（８） を通過させて、所定の比較的高い電位（例えば、＋１５００Ｖ）で帯電した支持 ロール（４）の上で送られる印刷物（５）、例えば、紙に転写し、最後に、紙（ ５）に付着したトナー粉体を熱処理手段（１２）によって紙に固定し、上記装置 では、マトリクス（３）の各トナー供給開口部（８）は導電制御リング（９）に よって囲まれ、制御リング（９）は、交互に、トナー供給ロール（１）の電位よ り高いが支持ロール（４）の電位より低い所定の正電位（例えば、＋３００Ｖ） で帯電し、それによって、マトリクスの対応する開口部（８）を開いてトナーを 落下させたり、トナー供給ロール（１）の電位より低い（例えば、接地されたリ ング（９））電位で帯電し、それによって、マトリクス（３）の対応する開口部 （８）を閉じることによってトナー供給を防ぐことができる印刷装置において、 マトリクス（３）の各トナー制御リング（９）の内径は、トナーマトリクス基 材（１３）のトナー供給開口部（８）の直径と少なくともほぼ同じ直径を有し、 導電制御リング（９）を含むトナーマトリクス（３）全体は、その上面および開 口縁部の両方を電気絶縁層（１４）で被覆されていることを特徴とする印刷装置 。 ２． トナー制御リング（９）の内径をマトリクス（３）のトナー供給開口 部（８）に一致させて、各導電制御リング（９）をトナーマトリクス基材（１３ ）の上部に直接固定接続することを特徴とする請求項１記載の印刷装置。 ３． 電気絶縁層（１４）は、高分子材料層、例えば、非常に適正に調整さ れた厚さの層に塗布されたポリパラキシレンの層であることを特徴とする請求項 １または２に記載の印刷装置。 ４． マトリクス（３）の絶縁材料は、蒸着法によって、例えば、パリレン ョ方法（ユニオン・カーバイド社）と呼ばれる方法によって塗布されることを特 徴 とする請求項１、２または３に記載の印刷装置。 ５． 電気絶縁層（１４）の耐電気劣化性はおよそ２００Ｖ／μｍであり、 ２μｍを超える層、好ましくは５〜１０μｍの層を塗布し、トナー供給ロール（ １）とマトリクス（３）の制御リング（９）との間で＋２５０Ｖの電界を絶縁す ることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の印刷装置。