JP2520506B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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） ワードプロセッサ、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
された特別な記録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60−263962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、微粒子状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制御される。

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
所定方向への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れる。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。

また、トナー制御手段におけるトナー通過方向側であ
る記録紙配置側には、ベース電極が配設されており、該
ベース電極上に記録紙が配置される。そして、該ベース
電極と、トナー制御手段におけるトナー供給側の電極と
の間に所定の電位差が設けられ、トナーが記録紙方向へ
確実に移動し得るように電界が形成される。

このような画像形成装置では、各トナー通過孔を通過
するトナーにより、ドット（点）が形成され、そのドッ
トの集合体により文字等の画像が形成される。多数のト
ナー通過孔は、通常、記録紙の進行方向と略直交するよ
うに配置されており、前記トナー制御手段の一対の電極
に制御信号としての電圧信号が入力されて、画像が形成
されている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の画像形成装置では、連続した線、ある程度の面
積を有する像を形成するためには、各ドットを相互に重
なり合わせて形成する必要がある。個々のドットは、ト
ナー通過孔を通過するトナーにより形成されるが、各ト
ナー通過孔は、相互に適当な間隔をあけて形成されるた
めに、隣接するドット同士を重なり合わせるためには、
ドット径を各トナー通過孔よりも大きくする必要があ
る。各ドットの径を大きくするためには、トナー通過孔
を通過するトナー量を増加させなければならず、そのた
めには、画像形成速度を低下させなければならない。ま
た、ドット径を大きくすると、ドットの周縁部の濃度が
低下するため、形成される画像のエッジをシャープにす
ることができない。

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、連続した線、ある程度の面積を有する画像を、
高速で、かつ高画質に形成でき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、 トナーによる画像が形成される記録紙の進行方向に対
して交差する方向に整列されており、その交差方向で隣
り合うもの同士の一部が記録紙の進行方向と直交する方
向に重なり合った複数のトナー通過孔を有する絶縁性基
板と、該絶縁性基板を挟んでそれぞれ設けられ、該絶縁
性基板の各トナー通過孔に連通する貫通孔を各々有する
一対の電極と、外部からの画像情報に応じた電気信号を
発生し、その発生した電気信号を該一対の電極の一方に
与え、各トナー通過孔内に電界を形成させて該一対の電
極の他方側に存在するトナーをトナー通過孔より一方側
へ通過させ、トナーを該記録紙へ供給する画像情報発生
手段と、該記録紙のトナー供給側とは反対側に設けられ
たベース電極と、該画像情報発生手段にて該記録紙へ供
給されるトナーの径をトナー通過孔の径より縮径させる
ためのバイアス電圧を該ベース電極に出力する電圧変更
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） 本発明の画像形成装置は、多数のトナー通過孔が、記
録紙の信号方向と交差する方向に整列されており、トナ
ー制御手段における一対の電極により形成される電界に
より、各トナー通過孔内をトナーが通過され、記録紙上
にドットを形成する。各トナー通過孔は、記録紙の進行
方向と直交する方向に一部が重なり合っているために、
相互に隣接するトナー通過孔により記録紙上に形成され
る各ドット同士が相互に連続した状態とされる。電圧変
更手段がドットの径をトナー通過孔の径よりも縮径する
バイアス電圧をベース電極に与えると、トナー通過孔を
通過したトナーが縮径されて記録紙に供給される。これ
により、トナーの広がりが抑制される。

（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に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気信号
を発生する。この電気信号に従って、トナー供給ローラ
20から供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。該ベース電極
60上にはトナー像が形成される記録紙70が、載置され
る。記録紙70は、矢印Ａで示す方向へ移動されるように
なっており、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。各トナー通過孔31aは、第３図に示すよ
うに、それぞれ等しい径を有しており、例えば、矢印Ａ
で示す記録紙70の進行方向に対して直交する方向にそれ
ぞれ等しい間隔をあけて、トナー通過孔列32aおよび32b
をそれぞれ形成している。各トナー通過孔列32a,32bに
おけるそれぞれのトナー通過孔31aは、記録紙70進行方
向（Ａ方向）とは直交する方向にずれた状態になってい
る。その結果、トナー通過孔列32aの各トナー通過孔31a
と、トナー通過孔列32bの各トナー通過孔とは、記録紙7
0進行方向と直交する方向に、所定の寸法ｄ（≧０）だ
け重なり合っている。この寸法ｄは、各トナー通過孔31
aの径よりも小さくなっている。

該絶縁性基板31の上面には、第２図に示すように、ピ
ンホール状の各トナー通過孔31aに対応して、共通電極3
5が設けられている。共通電極35には、各トナー通過孔3
1aと同様の直径の上下方向に貫通するピンホール状の貫
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が整合した連通状態とさ
れて、それぞれの共通電極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31
aと同様の直径の貫通孔33aが設けられており、各貫通孔
33aが、絶縁性基板31における各トナー通過孔31aに整合
した連通状態になるように、それぞれの信号電極33が絶
縁性基板31に取り付けられている。

絶縁性基板31上の共通基板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に電圧信号としての画像信号（制
御信号）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与えられ、例え
ば、画像を形成すべき情報の場合には＋100Vの電圧が印
加され、画像を形成する必要のない画像非形成情報の場
合には、−100Vの電圧が印加されるように制御される。

トナー制御手段30におけるトナー通過孔31aを通過し
たトナーは、該トナー制御手段30におけるトナー供給側
の共通電極35と、該トナー制御手段30のトナー通過側に
設けられたベース電極60とにより形成される電界によ
り、該ベース電極60上に配置される記録紙70上に供給さ
れる。該ベース電極60には、電圧変更手段61により所定
の電圧とされたバイアス電圧が印加されるようになって
いる。そして、このバイアス電圧によって、各トナー通
過孔31aを通過したトナーのドット径が制御される。ベ
ース電極60に印加されるバイアス電圧が低くなれば、ト
ナー通過孔31aの軸心にトナーを集中させる力が弱くな
り、ドット径が大きくなる。通常、ドット径は、トナー
通過孔31aの径の80％以下、特に、60％〜70％の範囲と
なるように、ベース電極60のバイアス電圧が制御され
る。

記録紙70の進行に伴って、記録紙70の所定位置が、各
トナー通過孔列32aおよび32bの下方に達すると、各トナ
ー通過孔列32aおよび32bにおける所定のトナー通過孔31
aをトナーが通過するように、所定の信号電極33に電圧
が印加される。上述のように、各トナー通過孔31aの径
に対してドット径が80％以下とされ、しかも、各トナー
通過孔列32aおよび32bそれぞれのトナー通過孔31a同士
が、記録紙70進行方向に対して、ｄだけ重なり合ってい
るために、例えば４個のドットを記録紙70上に正方形状
に形成すると、対角位置のドット同士が少なくとも接触
した状態になる。

このような構成の画像形成装置による画像形成プロセ
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。該共通電極35から絶縁性基板31のトナー通過孔31
a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上に供給される。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、該ベース電極60と共通電極35とにより形成される電
界により、トナー通過孔31aからトナー粒子が供給され
ることが促進される。トナー通過孔31aを通過したトナ
ーは、その電界の電気力線に沿って落下される。

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十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、トナー通
過孔31aの軸心にトナーを集中させる力が弱くなり、記
録紙上に大きなドットを形成する。その結果、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。

本発明の画像形成装置では、第３図のように、複数の
トナー通過孔列32a,32bを設ける場合に限らず、１本の
トナー通過孔列を記録紙進行方向と直交する方向に対し
て傾斜させた状態として、隣接するトナー通過孔同士が
記録紙進行方向に対して相互に重なり合うようにしても
よい また、第４図に示すように、多数のトナー通過孔列32
a,32b,32c,…を設けてもよい。本実施例では、隣接する
各トナー通過孔列同士の間隔をP2としてｎ列のトナー通
過孔列が配設されている。また、各トナー通過孔列にお
ける隣接するトナー通過孔31aの間隔は、Ｐになってい
る。

そして、第４図に示すように、各トナー通過孔列32a
〜32nにおける全てのトナー通過孔31aに対する共通電極
として、１つの直線状の電極35',35',…が絶縁性基板31
の上面にそれぞれ設けられている。また、相互に隣接す
る各トナー通過孔列における記録紙進行方向に対して重
なった状態のそれぞれのトナー通過孔31aに対するそれ
ぞれの信号電極として、１つの直線状の電極33',33',…
がそれぞれ絶縁性基板31の下面に設けられている。

各共通電極35'には、通常は、300Vの電圧が印加され
ており、1/nのデューティ比で、順次、0Vとされる。例
えば、トナー通過孔列が４列の場合には、４列の各共通
電極35'が順次0Vとされるデューティ比は1/4（25％）に
設定され、５列では1/5（20％）のデューティ比に設定
され、さらに、10列では1/10（10％）のデューティ比に
設定される。このようなデューティ比では、いずれかの
共通電極35'が、常に、0Vとされ、共通電極35'が0Vとさ
れるタイミングにより、該共通電極35'において、トナ
ーを通過させるべき所定のトナー通過孔31aに係わる信
号電極33'に画像形成信号として100Vの電圧が印加され
る。

本実施例では、信号電極を各トナー通過孔31a毎に設
ける場合に比して、信号電極に対するICやトランジスタ
等のドライバー素子数を大幅に低減できる。

トナー通過孔列のピッチP2は、トナー通過孔列におけ
る各トナー通過孔のピッチＰに対して、次の関係にある
ことが好ましい。

Ｐ×（ｍ＋e/n）＝P2 ただし、ｍは整数であり、ｅはｎとの最小倍数がｅ×
ｎとなる数である。

このように、列状になったトナー通過孔31a毎に共通
電極35'および信号電極33'を設ける場合のみならず、例
えば、第５図に示すように、例えば、近接する６個のト
ナー通過孔31a毎に１つの共通電極35"を設け、各共通電
極35"におけるそれぞれ１つのトナー通過孔31aの信号電
極33"がそれぞれ同時に制御されるように、１本の配線9
2により接続する構成としてもよい。

（発明の効果） 本発明の画像形成装置は、このように、複数のトナー
通過孔が、記録紙の進行方向と交差する方向に整列され
ており、しかも、その一部同士が記録紙の進行方向と直
交する方向に重なり合っているために、隣接する各トナ
ー通過孔を通過するトナーにより記録紙上に相互に重な
り合ったドットが形成される。その結果、ドット径を大
きくする必要がないために、高速での画像形成が可能と
なり、また、画像の品質も著しく向上する。電圧変更手
段がドットの径をトナー通過孔の径よりも縮径するバイ
アス電圧をベース電極に与えると、トナー通過孔を通過
したトナーが縮径されて記録紙に供給されることによ
り、トナーの広がりが抑制される。これにより、ドット
周縁部のトナー濃度低下に伴う画像エッジのボヤケを防
止してシャープにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の画像形成装置の一例を示す構成図、第
２図はその要部の構成図、第３図は絶縁性基板の平面
図、第４図は本発明の画像形成装置の他の実施例におけ
る絶縁性基板の平面図、第５図は本発明の画像形成装置
のさらに他の実施例における絶縁性基板の背面図であ
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、31a……トナー
通過孔、32a,32b……トナー通過孔列、33,33',33"……
信号電極、35,35',35"……共通電極、50……画像情報発
生手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナーによる画像が形成される記録紙の進
   行方向に対して交差する方向に整列されており、その交
   差方向で隣り合うもの同士の一部が記録紙の進行方向と
   直交する方向に重なり合った複数のトナー通過孔を有す
   る絶縁性基板と、 該絶縁性基板を挟んでそれぞれ設けられ、該絶縁性基板
   の各トナー通過孔に連通する貫通孔を各々有する一対の
   電極と、 外部からの画像情報に応じた電気信号を発生し、その発
   生した電気信号を該一対の電極の一方に与え、各トナー
   通過孔内に電界を形成させて該一対の電極の他方側に存
   在するトナーをトナー通過孔より一方側へ通過させ、ト
   ナーを該記録紙へ供給する画像情報発生手段と、 該記録紙のトナー供給側とは反対側に設けられたベース
   電極と、 該画像情報発生手段にて該記録紙へ供給されるトナーの
   径をトナー通過孔の径より縮径させるためのバイアス電
   圧を該ベース電極に出力する電圧変更手段と を具備する画像形成装置。