JP2520499B2

JP2520499B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2520499B2
Application number: JP2142655A
Authority: JP
Inventors: 理竹村
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1990-05-30
Filing date: 1990-05-30
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JPH0434451A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、粉体トナーを用いた画像形成装置に関す
る。

（従来の技術）ワープロセッサ、ファクシミリ、コンピュータ等で
は、インクジェットプリンタによる画像形成方法が知ら
れている。

インクジェットプリンタは、いわゆるノンインパクト
プリンタの代表的なものであり、所定の液体インクに、
圧電素子等により超音波振動を与えながら圧力を加え
て、該液体インクを所定の電界内にインクノズルから噴
出させ、そのインク粒子を電界により制御して、記録紙
上に付着させることにより、記録画像が記録紙上に形成
される。このようなインクジェットプリンタ方式では、
画像を形成する際に騒音が発生せず、しかも鮮明な画像
を形成し得るという利点を有する。反面、記録紙へのイ
ンクの染み込み速度を制御するために、表面処理等がな
された特別な用紙を使用する必要があり、また、インク
はノズルから供給されるために、ノズルがインク内の異
物等によって詰まりやすいという問題がある。

このようなインクジェットプリンタの問題を解決する
ために、画像記録媒体として粉体トナーを用いた画像形
成装置が、例えば特開昭62−263962号公報に開示されて
いる。この画像形成装置は、粉体トナー粒子を、ピンホ
ール状のトナー通過孔に、画像出力信号に応じて発生す
る静電吸引力によって通過させるように制御するトナー
制御手段が設けられており、該トナー制御手段により、
記録紙上にトナー粒子を選択的に送給して、該記録紙上
に所定の記録画像を形成する。このような装置では、記
録紙として表面処理等が施されていない普通紙が使用で
き、さらに、微粒子の粉体トナーを使用するために、各
トナー通過孔でのトナーの詰まりが抑制される。

粉体トナーを制御するトナー制御手段は、多数のピン
ホール状のトナー通過孔が設けられた絶縁性基板と、各
トナー通過孔内に電界を形成するように、該絶縁性基板
を挟んで設けられた一対の電極とを有している。対をな
すそれぞれの電極は、各トナー通過孔とそれぞれ同様の
大きさのピンホール状の貫通孔が設けられており、絶縁
性基板のそれぞれの一面に、それぞれの貫通孔が各トナ
ー通過孔に整合された状態で取り付けられている。そし
て、両電極間に所定の電圧を印加してトナー通過孔内に
所定方向へ電界を形成することにより、トナー粒子がト
ナー通過孔内を通過させる。トナー通過孔内にトナー粒
子を通過させないようにする場合には、トナー通過孔内
に、トナーを通過させる場合とは反対方向の電界が形成
されるように、各電極間に所定電圧が印加される。

ピンホール状のトナー通過孔が多数形成される絶縁性
基板は、通常、プラスチック製であり、各電極は、多数
のピンホール状の貫通孔が穿孔されたアルミニウム板
を、各貫通孔が絶縁性基板のトナー通過孔に整合状態と
なるように積層して構成される。

（発明が解決しようとする課題）このような画像形成装置では、超音波振動が付与され
る絶縁性基板が、プラスチックにより構成されているた
めに、超音波振動が十分に伝達されず、該絶縁性基板に
供給されるトナーの塊が十分に粒子状に破砕されないお
それがある。トナーの塊が十分に破砕されない場合に
は、ピンホール状のトナー通過孔内にトナーが詰まるお
それがある。

また、アルミニウム板に形成されたピンホール状の貫
通孔を絶縁性基板の多数のピンホール状のトナー通過孔
に対応して積層することは容易ではない。

本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、そ
の目的は、各トナー通過孔に確実に超音波振動が伝達さ
れて、各トナー通過孔内のトナー詰まりを確実に防止し
得る画像形成装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、絶縁性基板にピンホール状の多
数のトナー通過孔を形成することができ、１また、各ト
ナー通過孔に対する電極の製造が容易である画像形成装
置を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明の画像形成装置は、トナー通過孔が設けられて
おり、ガラス繊維強化エポキシにより構成された絶縁性
基板、および該絶縁性基板を挟んで設けられ、該トナー
通過孔に連通するトナー通過孔をそれぞれ有する一対の
電極、を備えたトナー制御手段と、該絶縁性基板上に記
載され、該絶縁性基板に超音波振動を与え、一方の電極
上に搬送されて来るトナーを粉砕して、該電極に形成さ
れたトナー通過孔に落入させる超音波振動発生手段と、
画像情報に応じて、各トナー通過孔内に、少なくともト
ナーが通過する方向の電界を形成するように、前記トナ
ー制御手段の対をなす電極間を所定電位とする画像情報
発生手段と、を具備してなり、そのことにより上記目的
が達成される。

また、本発明の画像形成装置は、トナー通過孔が設け
られており、感光性高分子により構成された絶縁性基
板、および該絶縁性基板を挟んで設けられ、該トナー通
過孔に連通するトナー通過孔をそれぞれ有する一対の電
極、を備えたトナー制御手段と、該絶縁性基盤上に記載
され、該絶縁性基板に超音波振動を与え、一方の電極上
に搬送されて来るトナーを粉砕して、該電極に形成され
たトナー通過孔に落入させる超音波振動発生手段と、画
像情報に応じで、各トナー通過孔内に、少なくともトナ
ーが通過する方向の電界を形成するように、前記トナー
制御手段の対をなす電極間を所定電位とする画像情報発
生手段と、を具備してなり、そのことにより上記目的が
達成される。

（作用）絶縁性基板の上側に位置する一方の電極上には、例え
ばトナー供給ローラを介してトナーが搬送されて来る。
ここで、一方の電極とトナー供給ローラの外周面とは近
接しているため、両者間に位置するトナーは圧接されて
塊りになっている。

しかるに、絶縁性基板上には、超音波振動発生手段が
記載されており、絶縁性基板及びこれに組み付けられた
一対の電極は振動させられる。このため、振動によって
一方の電極上の塊りのトナーは粉砕される。

ここで、この電極にも絶縁性基板に貫通形成されたト
ナー通過孔に連通するトナー通過孔が形成されている。
このため、電極上で粉砕されたトナーは即座にトナー通
過孔内に落入する。従って、粉砕されたトナーは周囲に
飛散することなく、トナー通過孔を介して各トナー通過
孔内に効率よく導かれる。

また、上記絶縁性基板は振動伝播性に優れた硬質のガ
ラス繊維強化エポキシ又は感光性高分子で構成されてい
るため、電極に効率よく振動が伝えられる。このため、
トナーの粉砕能力が高いので、トナーが各トナー通過孔
内で目詰まりすることがない。

絶縁性基板がガラス繊維強化エポキシにより構成され
ていると、該絶縁性基板に設けられるピンホール状の各
トナー通過孔に対して対をなす電極を、プリント配線を
製造する場合と同様の技術により製造できる。

絶縁性基板が感光性高分子により構成されている場合
には、該絶縁性基板にピンホール状の多数のトナー通過
孔のパターンを紫外線の照射により該絶縁性基板上に直
接描画してエッチングにより製造できる。

（実施例）以下、本発明を、実施例について説明する。

本発明の画像形成装置は、第１図に示すように、粉体
トナーが収容されたトナー収容容器10を有する。トナー
収容容器10の上方には、トナーホッパー等とのトナー貯
留部に連通しており、該トナー収容容器10にトナーが順
次補給される。該トナー収容容器10におけるトナーが収
容される空間の下部には、開口部11が設けられており、
該開口部11内には、トナー供給手段としてのトナー供給
ローラ20の上部が嵌合されている。トナー収容容器10内
に収容されるトナーは、トナー供給ローラー20の回転に
より順次下方へ供給される。

トナー供給ローラ20の下方には、トナー制御手段30が
該トナー供給ローラ20に近接した状態で設けられてい
る。トナー制御手段30には、画像情報発生手段50より画
像信号が与えられる。画像情報発生手段50は、ワードプ
ロセッサ、ファクシミリ、コンピュータ等の機器本体か
らの信号に応じて動作して、画像情報に応じた電化信号
を発生する。この電気信号に従って、トナー供給ローラ
20から送給される粉体トナーが、該トナー制御手段30に
より制御され、記録紙70上に所定のトナー画像が形成さ
れる。トナー制御手段30は、トナー供給ローラー20に圧
接されていてもよい。

トナー制御手段30には、超音波振動を付与する超音波
振動発生手段40が設けられており、また、トナー制御手
段30の下方には、トナー制御手段30に対向させてベース
電極60が設けられている。

ベース電極60上にはトナー像が形成される記録紙70が
載置される。ベース電極60は、載置される記録紙ととも
に矢印Ａ方向に移動するようにしてもよく、あるいは、
ベース電極60を固定して、記録紙搬送手段により記録紙
70のみを移動させるようにしてもよい。トナー制御手段
30により、所定のトナー像が記録紙70上に形成される
と、該記録紙70は、所定の定着装置（図示せず）に搬送
され、該定着装置によりトナー像が記録紙70に定着され
る。

トナー制御手段30は、第２図に示すように、水平状の
絶縁性基板31を有する。該絶縁性基板31は、ガラス繊維
強化エポキ樹脂により構成されている。該絶縁性基板31
には、上下方向に貫通する多数のピンホール状のトナー
通過孔31aが設けられている。また、該絶縁性基板31上
には、超音波振動発生手段40が配設されており、該超音
波振動発生手段40により絶縁性基板31に超音波振動が付
与される。

該絶縁性基板31の上面には、ピンホール状の各トナー
通過孔31aに対応して、共通電極35が設けられている。
共通電極35には、各トナー通過孔31aと同様の大きさの
上下方向に貫通する多数のピンホール状の貫通孔35aが
それぞれ設けられており、絶縁性基板31のトナー通過孔
31aに、各貫通孔35aが整合した状態とされて、共通電極
35が絶縁性基板31に取り付けられている。また、絶縁性
基板31の下側には、各トナー通過孔31aに対応させて、
信号電極33がそれぞれ設けられている。各信号電極33
も、絶縁性基板31の各貫通孔31aと同様の大きさの貫通
孔33aが設けられており、この貫通孔33aが、絶縁性基板
31の各トナー通過孔31aに整合するように、それぞれの
信号電極33が絶縁性基板31を取り付けられている。

絶縁性基板31上の共通電極35は、接地されており、ま
た、該絶縁性基板31に設けられた各信号電極33には、画
像情報発生手段50が接続されており、該画像情報発生手
段50から各信号電極33に電気信号が入力されている。各
信号電極33には、画像情報に応じて所定の正電位および
負電位がそれぞれ与えられ、例えば、画像を形成すべき
情報の場合には、＋100V、画像を形成する必要のない非
画像情報の場合には、−100Vの電圧が印加されるように
制御される。

このようなトナー制御手段30は、ガラス繊維強化エポ
キシ樹脂に、例えば、共通電極35および信号電極33とさ
れる銅板を張り付けて、絶縁性基板31の各トナー通過孔
31aに対応させて、絶縁性基板31および各銅板を貫通す
る孔を形成する。その後に、各トナー通過孔31aに対応
する信号電極33同士が相互に絶縁状態になるように、そ
れぞれの銅板に必要なパターンがプリントされて、不要
部分がエッチングにより除去される。

このような構成の画像形成装置によるトナー像の形成
プロセスについて説明する。

トナー供給ローラ20が回転すると、トナー収容容器10
内のトナーがトナー制御手段30の共通電極35上に供給さ
れる。共通電極35は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂製の
絶縁性基板31上に設けられた超音波振動発生手段40によ
り、該絶縁性基板31を介して一定振幅の超音波振動が付
与されているため、共通電極35上のトナー塊は、適宜、
破砕され、該共通電極35の貫通孔35aから絶縁性基板31
のトナー通過孔31a内へ落入する。絶縁性基板31は、超
音波振動の伝播性に優れた硬質のガラス繊維強化エポキ
シ樹脂により構成されているために、超音波が良好に各
共通電極35に伝達される。その結果、各共通電極35上の
トナー塊は確実に破砕される。超音波振動発生手段40
は、駆動のために印加される電圧を増加させることなく
ても、絶縁性基板31を介して共通電極35に超音波振動を
伝達できるために、超音波発生手段40の発熱を抑制でき
る。

絶縁性基板31のトナー通過孔31a内に落入したトナー
粒子は、信号電極33に与えられる画像信号に応じて制御
され、記録紙70上に落下するか、共通電極35上に戻され
る。

例えば、画像信号発生手段50により信号電極33に正電
圧が印加されると、トナー通過孔31a内には、信号電極3
3から共通電極35に向かう電界が発生する。この電界に
より、予め負に帯電されているトナー粒子は、信号電極
33に引き寄せられ、信号電極33を通過してベース電極60
上の記録紙70上に落下する。該ベース電極60には、共通
電極35に対して正のバイアス電圧が印加されているた
め、トナー通過孔31aからトナー粒子が落下することが
促進される。ベース電極60に印加されるバイアス電圧
は、信号電極33に与えられる電気信号よりも充分に大き
くなっており、負帯電のトナーの場合には、300〜1000V
の範囲とされる。該バイアス電圧が、300Vより小さい
と、トナーの落下位置にバラツキが生じ、記録紙70上に
形成される画像が乱れるおそれがある。反対に、バイア
ス電圧が1000Vより大きいと、放電が生じるおそれがあ
る。

画像情報発生手段50により非画像信号が与えられて、
信号電極33に負の電圧が印加されると、トナー通過孔31
a内には、上側の共通電極35から下側の信号電極33に向
かう電界が形成され、負帯電のトナーは共通電極35に戻
される。これにより、記録紙上に所定の画像がトナーに
より形成される。

共通電極36は、第３図に示すように、導電性金属によ
り構成された１枚のメッシュ36により構成してもよい。
該メッシュ36は、絶縁性基板31における全てのトナー通
過孔31aの上側の開口部を覆った状態で、絶縁性基板31
に取り付けられている。この場合には、共通電極である
該メッシュ36に供給されたトナーの塊が、一層確実に破
砕される。

さらに、第４図に示すように、各信号電極33が、１枚
の銅板をエッチングにより形成する際に、同時に、画像
情報発生手段としてシリアル／パラレル変換器51を銅板
上にプリント印刷により形成してもよい。該シリアル／
パラレル変換器51は、プリンタ等の機器本体に設けられ
たCPU52により制御される。

絶縁性基板31としては、超音波振動を良好に伝播し得
る硬質の感光性高分子材料により構成してもよい。感光
性高分子により構成された絶縁性基板31は、超音波振動
発生手段40により発生される超音波を良好に共通電極35
（または36）に伝達される。このような感光性高分子に
より構成された絶縁性基板31を使用する場合には、該絶
縁性基板31上に各トナー通過孔31aのパターンを直接描
画できるために、紫外線を照射してエッチングすること
により、小径のトナー通過孔31aを高精度でかつ高効率
に形成し得る。

本発明においては、５〜20μｍの比較的小径の平均粒
径を有しているトナーを使用することが望ましく、小径
のトナーによって解像度の優れた記録画像の形成が可能
となる。

また、トナー通過孔31aの直径は、50〜300μｍ程度に
設定するのが好適である。さらに、トナー制御手段30と
記録紙70との間隔は、画像情報発生手段50から与えられ
る印加電圧の大きさによっても異なるが、通常、0.3〜
2.5mmの範囲とされる。

本発明において、トナー供給ローラ20としてはスポン
ジローラが好適に使用される。スポンジローラは、その
回転に伴ってトロー収容容器10内の凝集トナーを効果的
に破砕する。また、表面の目地にはトナーがほぼ均一し
た状態で保持されるため、トナー制御手段30には、常に
一定量のトナーが供給される。

トナー供給ローラ20の回転速度は、ローラの種類や圧
電素子印加電圧などによって異なるか、通常、50mm/秒
以上の周速であることが望ましい。トナー供給ローラの
周速が50mm/秒よりも遅い場合には、形成されるトナー
画像の濃度が不足する。

超音波振動発生手段40は、正弦波、方形波、三角波等
を、20KHz〜1MHzの範囲の共振周波数で発生させるもの
がよく、PZT等の圧電素子が使用される。

本発明において、この超音波振動を発生させる際の印
加電圧に、周波数変調を与えることが望ましい。これに
よってトナー制御手段からのトナーをより均一に落下さ
せることができる。これは以下の理由によるものと考え
られる。通常、共通電極35に超音波振動を付与すると、
波と波とが互いに干渉し合って、その場で停滞する定在
波が発生する。この定在波によって共通電極35上の振幅
に差が生じ、トナーの落下量に大きな影響を与える。そ
の結果、トナーを均一に落下させることができない。し
かしながら、超音波振動子の印加電圧に周波数変調を与
えることにより、定在波による強度差が緩和され、共通
電極35上の超音波振動の強度は、ある特定の位置に集中
することがなく、均一な状態に近くなる。掃引周波数
は、10〜1000Hzの低周波数が好ましく、その周波数の変
動が共振周波数の１〜20％のものが、トナーの落下ムラ
を抑制するために効果的である。掃引周波数が1000Hzを
越えると、定在波による強度差を緩和する作用が弱くな
り、落下トナー量のバラツキを抑制する効果が薄くな
る。これは、低周波の変調信号を付与することにより、
共通電極35上の振動強度を均一化し、さらに定在波によ
って発生する超音波振動の節が変調信号の周波数が低く
なると、ゆっくりと変化し、そこに集まる性質を有する
トナーが、その振動（節の位置の変化）の上を動き回れ
るようになる。その結果、トナーは均一な広がりを有
し、大きな塊がなくなると考えられる。逆に掃引周波数
が10Hzより少ないと、単位時間内での記録紙搬送方向に
おけるトナーの落下量のバラツキが大きくなり、記録紙
を低速で搬送しなければ縞模様の落下ムラが発生するた
めに高速処理ができなくなる。

（発明の効果）本発明の画像形成装置では、一対の電極で挟まれた絶
縁性基板上に超音波振動発生手段が載置され、この超音
波振動発生手段により絶縁性基板に振動を与えて、一方
の電極上に搬送されて来るトナーを粉砕して、この電極
に形成されたトナー通過孔内に落入させる構成をとって
いるので、電極上で粉砕されたトナーは即座にトナー通
過孔内に落入する。従って、粉砕されたトナーは周囲に
飛散することなく、トナー通過孔を介して各トナー通過
孔内に効率よく導かれる。

また、上記の絶縁性基板は振動伝播性に優れた硬質の
ガラス繊維強化エポキシ又は感光性高分子で構成されて
いるため、電極に効率よく振動が伝えられる。このた
め、トナーの粉砕能力が高いで、トナーが各トナー通過
孔内で目詰まりすることがない。また、超音波振動発生
手段により発生される超音波の振幅、あるいは振動数を
低減しても、所望の効果が得られるために、該超音波振
動発生手段を駆動するための印加電圧を抑制でき、その
結果、該超音波発生手段の発熱を抑制できる。

絶縁性基板をガラス繊維強化エポキシ樹脂により構成
する場合には、絶縁性基板における電極を、プリント配
線を形成する場合と同様の方法により形成できるため
に、電極を絶縁性基板に容易に取付けることができる。

絶縁性基板を感光性高分子により構成する場合には、
多数のピンホール状のトナー通過孔を高精度かつ高効率
で形成し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像形成装置の一実施例の構成図、第
２図はトナー制御手段の構成図、第３図はトナー制御手
段の他の実施例を示す構成図、第４図は信号電極に回路
等をプリント配線で接続する場合を示す構成図である。 10……トナー収容容器、20……トナー供給ローラ、30…
…トナー制御手段、31……絶縁性基板、33……信号電
極、35……共通電極、40……超音波振動発生手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トナー通過孔が設けられており、ガラス繊
維強化エポキシにより構成された絶縁性基板、および該
絶縁性基板を挟んで設けられ、該トナー通過孔に連通す
るトナー通過孔をそれぞれ有する一対の電極、を備えた
トナー制御手段と、該絶縁性基板上に載置され、該絶縁性基板に超音波振動
を与え、一方の電極上に搬送されて来るトナーを粉砕し
て、該電極に形成されたトナー通過孔に落入させる超音
波振動発生手段と、画像情報に応じて、各トナー通過孔内に、少なくともト
ナーが通過する方向の電界を形成するように、前記トナ
ー制御手段の対をなす電極間を所定電位とする画像情報
発生手段と、を具備する画像形成装置。
【請求項２】トナー通過孔が設けられており、感光性高
分子により構成された絶縁性基板、および該絶縁性基板
を挟んで設けられ、該トナー通過孔に連通するトナー通
過孔をそれぞれ有する一対の電極、を備えたトナー制御
手段と、該絶縁性基板上に載置され、該絶縁性基板に超音波振動
を与え、一方の電極上に搬送されて来るトナーを粉砕し
て、該電極に形成されたトナー通過孔に落入させる超音
波振動発生手段と、画像情報に応じて、各トナー通過孔内に、少なくともト
ナーが通過する方向の電界を形成するように、前記トナ
ー制御手段の対をなす電極間を所定電位とする画像情報
発生手段と、を具備する画像形成装置。