JP5186847B2 - Image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は画像形成装置に関し、特に、トナー担持体から飛翔させたトナーを開閉制御されるトナー通過穴を介して記録媒体手段に飛翔付着させて画像を形成する画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus, and more particularly to an image forming apparatus that forms an image by flying and adhering toner ejected from a toner carrying member to recording medium means through a toner passage hole that is controlled to open and close.
従来の画像形成装置として、トナージェット、ダイレクトトーニング、トナープロジェクションなどと称される、トナー（記録材）によって記録媒体（中間転写媒体を含む）上に画像を直接記録する方式のものが知られている。 As a conventional image forming apparatus, an apparatus that directly records an image on a recording medium (including an intermediate transfer medium) with toner (recording material), which is called toner jet, direct toning, or toner projection, is known. Yes.
例えば、特許文献１には、トナーホッパから供給されたトナーに、固定ブレード又は回転ローラとの摩擦帯電によって帯電電荷を与え、回転搬送した後、制御部材に印加する制御パルスと回転ローラとの間の電界でトナーの飛翔を制御するものが記載されている。
ここでは、帯電電荷を有するトナーが回転ローラ表面に静電的に付着しており、そのトナーを制御パルスで剥離する必要がある。回転ローラと制御部材は数１００μｍ以上のギャップを有するため、剥離のために印加する制御パルスは必然的に５００Ｖ以上の高い電圧を必要とし、画素に対応した数が必要な制御用のドライバコストは非常に高価になってしまう問題、さらに、回転ローラに付着しているトナーを剥離して飛翔させるため応答性が悪く時間遅れの問題もある。 Here, the charged toner is electrostatically attached to the surface of the rotating roller, and the toner needs to be peeled off by a control pulse. Since the rotating roller and the control member have a gap of several hundred μm or more, the control pulse applied for peeling inevitably requires a high voltage of 500 V or more, and the driver cost for control that requires a number corresponding to the pixel is There is also a problem that it becomes very expensive, and further, there is a problem of poor response and time delay because the toner adhering to the rotating roller is peeled off to fly.
特許文献２、特許文献３には、回転する現像剤支持体と制御手段の間に交番バイアスを印加しながら現像剤通過の制御電極に制御パルスを印加するものが記載されている。
この構成は、上記特許文献１に記載の装置のような応答性の問題は軽減されるものの、トナーの飛翔領域全体に一様な交番電界を印加して、現像剤が現像剤支持体に付着している時間と飛翔状態を繰り返すようにしている。そのため、現像剤支持体に付着している現像剤を剥離するために強い交番バイアスを印加する必要があり、剥離したトナーは勢いよく制御手段側へ飛翔して多くの現像剤が制御手段の電極に付着すること避けられず、信頼性に大きい問題がある。さらに、現像剤支持体と制御手段は前記と同様のギャップを有するため両者の間に印加している電圧値は５００Ｖ以上と高く、この電界に対して現像剤を通過または阻止させる電界を形成する制御パルスは同様に高い電圧値を必要とするためドライバコストの問題は解決できていない。
In this configuration, although the problem of responsiveness as in the apparatus described in
一方、特許文献４には、現像剤担持体に複数の電極を有し、この電極間に時間的に変化する電界を形成してトナーを制御電極側へ飛翔させる構成が記載されている。
ここでは、制御電極近傍に飛翔して浮遊するトナーの通過を制御するため、前記特許文献１ないし３の装置の制御電圧が高くなる欠点は解決されている。
Here, in order to control the passage of the toner that flies near the control electrode and floats, the disadvantage that the control voltage of the devices of
特許文献５には、上記特許文献４と同様に、現像剤担持体に複数の電極を有し、この電極間に時間的に変化する電界を形成してトナー飛翔させる構成であり、トナーの通過を制御する制御電極が、それまで記録媒体側に設置されていたものをトナーの供給側面に設置することが記載されている。
この構成では、従前の装置では４００Ｖ必要であった制御電圧が１００Ｖにできること、および制御電極が設けてある印字ヘッドに付着するトナーを除去した場合、トナー供給源に戻すことが可能であることが記載されている。 In this configuration, the control voltage required to be 400 V in the previous apparatus can be set to 100 V, and when the toner adhering to the print head provided with the control electrode is removed, it can be returned to the toner supply source. Have been described.
特許文献６には、回転円筒スリーブでトナーを供給し、印写面電位とスリーブ間の均一電界でアパーチャーを通過させる静電力を与える構成であり、アパーチャーを囲む制御電極と印写面側に対になった偏向電極を設け、印刷の主走査方向のドット密度を上げることが記載されている。
ここでは、トナーの通過を制御する制御電極の間にガード電極を設け、制御電界間の相互作用を防止することが記載されている。 Here, it is described that a guard electrode is provided between control electrodes for controlling the passage of toner to prevent interaction between control electric fields.
特許文献７には、トナー供給ローラでトナーを供給し、開口部保持部材のトナー供給ローラ側にトナーの飛翔を制御する制御電極とトナーの飛翔経路を偏向させる偏向電極とを配置したものが記載されている。
従来の直接記録方式によって画像を形成する基本構成は例えば図２２に示すように構成される。図２２において、剤担持体としてのトナー担持ローラ５０１は、その軸線を図中左右方向に延在させるように配設され、図示しない駆動手段によって回転駆動せしめられながら、帯電済みのトナーＴをその表面に担持する。このトナー担持ローラ５０１の下には、複数の穴５０２を形成する穴形成部材としてのフレキシブルプリント基板５０３が配設されている。ＦＰＣ５０３は、各穴５０２を囲むようにトナー担持ローラ５０１との対向面側に形成されたリング状の複数の飛翔電極５０４を備えている。
A basic configuration for forming an image by a conventional direct recording method is configured as shown in FIG. 22, for example. In FIG. 22, a
そして、上記ＦＰＣ５０３の下方には、これを介してトナー担持ローラ５０１に対向する対向電極５０６と、この対向電極５０６上で搬送手段によって搬送される記録紙５０７とが配設されている。なお、図１６においては、便宜上、穴５０２、飛翔電極５０４をそれぞれ１つずつしか示していないが、実際には、ＦＰＣ５０３にこれらの組み合わせが複数形成されている。具体的には、例えば６００dpi用のＦＰＣ５０３では、これらの組み合わせが４９６０個形成されている。
Under the FPC 503, a
そこで、トナー担持ローラ５０１は、例えば接地された状態で、マイナス極性に帯電したトナーＴを表面に担持する。上記飛翔電極５０４にプラス極性の飛翔電圧が印加されると、トナー担持ローラ５０１上で飛翔電極５０４と対向する位置にあるトナーＴや、これの近傍にあるトナーＴに所定強度の電界が作用する。この電界の作用により、トナーＴに加わる静電力が、トナーＴとトナー担持ローラ５０１との付着力を上回り、トナーＴの集合体がドット状の形状でトナー担持ローラ５０１から選択的に飛翔して穴５０２内に進入する。
Therefore, the
そして、飛翔電極５０４と、これよりも高い電位を帯びている上記対向電極５０６との間に形成される電界に引かれて飛翔を続け、穴５０２を通過して上記記録紙５０７の表面に付着する。この付着により、トナーＴの集合体はドット像となる。
Then, it continues to fly by being attracted by an electric field formed between the
この場合、各飛翔電極５０４に対する飛翔電圧のＯＮ／ＯＦＦについては、それぞれ専用のＩＣによって個別に制御する必要がある。即ち、直接記録方式の画像形成装置においては、電圧が高い場合、高価なＩＣが飛翔電極５０４と同じ数だけ必要になる。例えば６００dpi用のＦＰＣ３を用いる場合には、高価なスイッチング素子を４９６０個設ける必要がある。一般に、ＩＣは、その耐電圧が高くなるほどチップ面積を必要とするため高価になり、直接記録方式の画像形成装置では、いかに制御電圧を下げるかが、装置の低コスト化を図る上での重要な要素となる。
In this case, ON / OFF of the flying voltage for each
しかしながら、トナーＴとトナー担持ローラ５０１とには、鏡像力、ファンデルワールス力、液架橋力などによって互いに引き付け合うような付着力が作用しており、これが飛翔電圧の引き下げの妨げになっている。その結果、図２２に示す装置では少なくとも５００Ｖ以上の飛翔電圧を印加する必要がある。
However, the toner T and the
これに対して、特許文献４に記載されているような現像剤担持体に複数の電極を有し、この電極間に時間的に変化する電界を形成してトナーをクラウド化し、トナーを制御電極側へ飛翔させる構成を採用することで、飛翔電極への印加電圧の低電圧化は可能となる。
On the other hand, the developer carrying member as described in
しかしながら、現像剤担持体上に設けた複数の微細ピッチ電極間相互に電位差を与えて強い電界を発生してトナーを飛翔させているため、飛翔したトナーが制御電極の表面に付着し、トナーが堆積、またトナーが通過する穴の周辺にも付着が発生し、時間の経過とともにトナーの通過量に変動が起き、画像濃度の変動が発生し易いという課題がある。 However, since a strong electric field is generated between the plurality of fine pitch electrodes provided on the developer carrying member to generate a strong electric field, the flying toner adheres to the surface of the control electrode, and the toner There is a problem that the accumulation and adhesion also occur around the hole through which the toner passes, and the passage amount of the toner varies with time, and the image density is likely to vary.
また、現像剤担持体表面で飛翔してクラウド状態のトナーは高さ方向に分布しており、単に制御電極に制御パルスを印加するだけではトナー通過穴を通過するトナーの利用効率が悪く、印刷速度の確保が難しい。さらに、クラウド状態のトナーの付着は、静止した状態で連続して使用する制御電極への付着だけではなく、その周辺部材への付着堆積が進み、その結果、制御電極を形成した部材全体の電位がトナーの帯電極性に応じた方向の電位に上昇し、現像剤担持体表面からのトナーの飛翔に対して逆バイアスの電界として作用し、飛翔効率が低下してしまうという問題がある。 In addition, the toner in the cloud state that flies on the surface of the developer carrier is distributed in the height direction, and simply applying a control pulse to the control electrode results in poor use efficiency of the toner passing through the toner passage hole, and printing. It is difficult to secure speed. Furthermore, the adhesion of toner in the cloud state not only adheres to the control electrode that is used continuously in a stationary state, but also proceeds to adhere and accumulate on its peripheral members. As a result, the potential of the entire member on which the control electrode is formed is increased. Rises to a potential in a direction corresponding to the charging polarity of the toner, acts as a reverse bias electric field for the toner flying from the surface of the developer carrying member, and the flying efficiency is lowered.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、特に画像濃度ムラの発生を低減することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and has an object to reduce the occurrence of image density unevenness.
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、
トナーを飛翔させ、クラウド化して担持する、表面側に所定の間隔で配設された複数の電極を有し、隣接電極相互の間で前記トナーを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係のｎ相のパルス状電圧が印加されるトナー担持体と、
前記トナーが付着させられる記録媒体手段と、
前記トナー担持体と前記記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴と、このトナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかに前記トナーの通過を制御する制御電極が設けられたトナー制御手段と、
連続ドットを印写するときに前記トナー制御手段の制御電極に対して繰り返し周期Ｔｃの制御パルスを印加する手段と、
前記トナー担持体の電極に対して、ｎ相の周期Ｔｓのパルス状電圧であって、前記制御パルスの繰返し周期Ｔｃとの関係で、Ｔｃ＞Ｔｓ／ｎの関係になる前記パルス状電圧を印加する手段と、を備えている
構成とした。
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention provides:
It has a plurality of electrodes arranged at predetermined intervals on the surface side that carry toner and carry it in the form of a cloud, and the relationship in which the toner is sucked and repelled alternately between adjacent electrodes A toner carrier to which an n-phase pulse voltage is applied;
A recording medium means to which the toner is attached;
A plurality of toner passage holes arranged between the toner carrier and the recording medium means, and a control electrode for controlling the passage of the toner are provided at least around the toner passage hole and the inner wall of the hole. Toner control means;
Means for applying a control pulse having a repetition period Tc to the control electrode of the toner control means when printing continuous dots;
The pulsed voltage having an n-phase period Ts and a relationship of Tc> Ts / n in relation to the repetition period Tc of the control pulse is applied to the electrode of the toner carrier. It means for, has a configuration which comprises a.
ここで、トナー制御手段には制御電極の外側に複数のトナー通過穴に共通の共通電極が設けられ、トナー担持体に平均電位Ｖｓのパルス状電圧の電圧を印加し、トナー制御手段の制御電極に対しトナーがトナー通過穴を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、トナーがトナー通過穴を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、共通電極に電圧Ｖｇを印加し、トナー制御手段を通過したトナーを記録媒体手段に導いてトナーを付着させるために記録媒体手段側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、トナーを通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞Ｖｓ＞Ｖｇ、であって、トナーが負帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐがマイナス電位側に高くなる設定である構成とできる。 Here, a common electrode common to a plurality of toner passage holes is provided outside the control electrode in the toner control means, and a voltage of a pulse voltage having an average potential Vs is applied to the toner carrying member to control the control electrode of the toner control means. In contrast, the voltage Vc-on is applied when the toner is allowed to pass through the toner passage hole, the voltage Vc-off is applied when the toner is not allowed to pass through the toner passage hole, and the voltage Vg is applied to the common electrode. When the bias voltage Vp is applied to the recording medium means side in order to guide the toner that has passed through the toner control means to the recording medium means to adhere the toner, The relationship is Vp> Vc-on> Vs> Vg, and when the toner is negatively charged toner, the bias voltage Vp is increased to the positive potential side. When the toner is positively charged toner, the bias voltage Vp is negatively charged. It can be set as the setting which becomes high at the position side.
この場合、トナーがトナー通過穴を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｓ＞Ｖｇ、であり、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ-off、であって、トナーが負帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓがマイナス電位側に高くなる設定である構成とできる。 In this case, the relationship between the potentials when the toner cannot pass through the toner passage hole is Vs> Vg, and Vs> Vc-off, and the toner is a negatively charged toner. Can be configured such that the average potential Vs increases to the positive potential side, and in the case of positively charged toner, the average potential Vs increases to the negative potential side.
また、トナー担持体の平均電位Ｖｓのパルス状電圧を印加し、トナー制御手段の制御電極に対しトナーがトナー通過穴を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、トナーがトナー通過穴を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、共通電極に電圧Ｖｇを印加し、トナー制御手段を通過したトナーを記録媒体手段側に導いてトナーを付着させるために記録媒体手段側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、トナー担持体の表面にトナーが存在している状態で、トナー制御手段の制御電極側からトナー担持体側を見たときのトナーによる電位をＶｔとすると、トナーがトナー通過穴を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ、であって、トナーが負帯電トナーの場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は（Ｖｓ＋Ｖｔ）がマイナス電位側に高くなる設定である構成とできる。 Further, a voltage Vc-on is applied when the pulse voltage of the average potential Vs of the toner carrying member is applied so that the toner can pass through the toner passage hole with respect to the control electrode of the toner control means, and the toner passes through the toner passage hole. The recording medium is applied to apply the voltage Vc-off to make it impossible to pass the toner, apply the voltage Vg to the common electrode, and guide the toner that has passed through the toner control means to the recording medium means side to adhere the toner. When the bias voltage Vp is applied to the means side, when the toner is present on the surface of the toner carrier, the potential due to the toner when the toner carrier side is viewed from the control electrode side of the toner control means is Vt. The relationship between the potentials when the toner is allowed to pass through the toner passage hole is Vp> Vc-on> (Vs + Vt)> Vg, and when the toner is negatively charged toner, (Vs + Vt) is positive. In the case of positively charged toner, (Vs + Vt) can be set to increase toward the negative potential side.
この場合、トナーがトナー通過穴を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ、であり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ-off、であって、トナーが負帯電トナーの場合は電位（Ｖｓ＋Ｖｔ）がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は電位（Ｖｓ＋Ｖｔ）がマイナス電位側に高くなる設定である構成とできる。 In this case, the relationship between the potentials when the toner cannot pass through the toner passage hole is (Vs + Vt)> Vg and (Vs + Vt)> Vc-off, and the toner is negative. In the case of charged toner, the potential (Vs + Vt) is increased to the positive potential side. In the case of positively charged toner, the potential (Vs + Vt) is increased to the negative potential side.
また、トナー制御手段の共通電極は、制御電極の外側を、絶縁領域を介してリング状に囲む形状である構成とできる。 In addition, the common electrode of the toner control unit can be configured to surround the outside of the control electrode in a ring shape with an insulating region interposed therebetween.
また、記録媒体手段が記録紙であり、記録紙の背面に設けた対向電極手段にバイアス電圧が印加される構成とできる。 Further, the recording medium means may be recording paper, and a bias voltage may be applied to the counter electrode means provided on the back surface of the recording paper.
また、記録媒体手段が中間転写媒体であり、中間転写媒自体又は中間転写媒体の背面に設けた電極手段にバイアス電圧が印加される構成とできる。 Further, the recording medium means may be an intermediate transfer medium, and a bias voltage may be applied to the intermediate transfer medium itself or electrode means provided on the back surface of the intermediate transfer medium.
また、異なる色のトナーを重ねて記録媒体手段上にカラー画像を形成する構成とできる。 Further, a color image can be formed on the recording medium means by superposing different color toners.
本発明によれば、制御パルスの１周期内で複数回のトナー飛翔クラウドを行うことができて、画像濃度ムラを低減できて、正常な画像濃度を確保できる。 According to the onset bright, it can be performed a plurality of times of toner flying cloud within one period of the control pulse, and can reduce image density unevenness, can ensure proper image density.
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。本発明の第１実施形態について図１の模式的構成図を参照して説明する。
この実施形態においては、トナーＴを飛翔させ、クラウド化した状態で担持するローラ状のトナー担持体１と、トナーＴが付着させられる記録媒体手段３と、トナー担持体１と記録媒体手段３との間に配置された複数のトナー通過穴４１を有するトナー制御手段４とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. A first embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.
In this embodiment, the roller-shaped
トナー担持体１は、表面側にトナーＴを搬送する方向（ここでは周方向）に所定の間隔でトナーＴを搬送する方向と直交する方向（ここでは軸方向）に沿って形成された所定ピッチで設けられた複数の電極１１１を有し、このトナー担持体１の各電極１１１には、電圧印加手段電源（パルス発生手段）５から時間によって電位の異なる平均電位Ｖｓのパルス状電圧（以下「クラウドパルス」ともいう。）が印加される。これにより、トナーＴをクラウド化する手段を構成している。
The
例えば、０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚの周波数のパルス電圧が印加され、各電極１１１、１１１の間隔はファインピッチに設けられているため、電極１１１、１１１間で強い電界が形成される。そのため、トナーＴの帯電極性に対して反発する電位にある電極１１表面からトナーＴは勢いよく飛翔し、飛翔したトナーＴは吸引する極性の電位が印加されている電極１１に引き寄せられ、パルスが切り替わることでパルス周波数に応じた上下方向の飛翔を繰り返し、トナーＴがクラウド化された状態になる。なお、パルスの周波数が高い領域では、上方高くに飛翔したトナーＴは、飛翔している間にパルスが切り替わり、電極１１表面に戻る前に再び上方に飛翔する場合もある。
For example, a pulse voltage having a frequency of 0.5 KHz to 7 KHz is applied, and the interval between the
このトナー担持体１の一例について図２を参照して説明する。なお、図２（ａ）はトナー担持体を展開した状態で示す模式的平面説明図、図２（ｂ）は同じく模式的断面説明図である。
この例は、トナー担持体表面に複数の電極を設け、１本おきの２組を共通にした２相用電極を備え、１８０°位相の異なる２相パルス（図３参照）を印加して、隣接電極同士で吸引と反発を繰り返す２相電界を形成するトナー担持体の例である。
An example of the
In this example, a plurality of electrodes are provided on the surface of the toner carrying member, two pairs of electrodes are provided in common every other pair, and two-phase pulses having different phases by 180 ° (see FIG. 3) are applied. This is an example of a toner carrier that forms a two-phase electric field that repeats suction and repulsion between adjacent electrodes.
このトナー担持体１は、絶縁性基板１０１Ａの表面上に複数の電極１１１としてＡ相用電極１１１Ａと、Ｂ相用電極１１１Ｂとを設け、その上に表面保護層１０１Ｂを設けたものである。櫛歯状の電極１１１Ａ、１１１Ｂは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ、１１１Ｂａで外部の２相パルス発生回路（電圧印加手段５）にそれぞれ接続されている。
This
電極１１１Ａ、１１１Ｂに印加するパルス電圧（クラウドパルス）は、例えば周波数が０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚの（ＤＣ電圧をバイアスに含むこともできる。）パルス電圧であるが、その波高値は±６０〜±３００Ｖ等、電極幅、電極間隔に応じたパルス電圧を印加する。この２相電界の場合は、隣接同士の電界方向の切り替わりに応じてトナーの反発飛翔と吸引飛翔を繰り返し、トナーは相互の電極間を往復移動する。そして、トナー担持体１全体は、トナーを搬送する方向に回転移動するものである。
The pulse voltage (cloud pulse) applied to the
このように、トナー担持体表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段が、トナー担持体表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極を有し、各電極に印加する電圧は隣接電極相互の間でトナーを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧を印加し、トナー担持体が回転移動することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持体表面のトナーの搬送に関して、トナーの帯電品質に左右されない安定なトナーの搬送が可能となり、装置全体としても信頼性の高い画像形成装置を実現できる。 As described above, the means for flying the toner on the surface of the toner carrying member to form a cloud has a plurality of electrodes arranged on the surface of the toner carrying member so as to extend in a direction perpendicular to the toner conveying direction and at predetermined intervals. The voltage applied to each electrode applies a voltage that alternately repeats the direction of attracting and repelling toner between adjacent electrodes, and the toner carrier rotates and moves, so that the toner is conveyed and clouded. With this configuration, it is possible to stably convey the toner regardless of the charge quality of the toner with respect to the toner conveyance on the surface of the toner carrier, and it is possible to realize a highly reliable image forming apparatus as a whole.
トナー制御手段４は、トナーＴが通過可能なトナー通過穴（開口）４１が複数設けられ、このトナー制御手段４のトナー供給側面（トナー担持体１側の面）のトナー通過穴４１周辺にはリング状に制御電極４２が設けられ、更にトナー通過穴４１に対し制御電極４２の外側に絶縁領域を介して複数のトナー通過穴４１に共通の共通電極４３が設けられている。
The toner control means 4 is provided with a plurality of toner passage holes (openings) 41 through which the toner T can pass, and around the toner passage holes 41 on the toner supply side surface (surface on the
このトナー制御手段４の制御電極４２には制御パスル発生手段６から例えば図４に示すような制御パルスＶｃが印加される。この場合、トナー通過穴４１をトナーＴが通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには制御電極４２に電圧Ｖｃ-onが印加され、トナーＴが通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには制御電極４２に電圧Ｖｃ-offが印加される。また、共通電極４３には常時電源手段７から電圧Ｖｇが印加される。トナー制御手段４の制御電極４２は、通過穴４１周囲だけでも動作が可能であるが、通過穴４１の内壁面又は通過穴４１の内壁面とトナー担持体１側の周囲の両方に設けたものであってもよい。
For example, a control pulse Vc as shown in FIG. 4 is applied from the control pulse generating means 6 to the
記録媒体手段３側には、記録媒体手段３の背面に、トナー制御手段４を通過したトナーＴを記録媒体手段３に付着させるためのバイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加手段となる対向電極手段としての背面電極３１が配置され、トナー制御手段４を通過したトナーＴを記録媒体手段３に付着させるため、バイアス電源手段８からのバイアス電圧Ｖｐが印加される。この記録媒体手段３は、この上に一度画像を形成し、その後紙に転写する中間転写記録媒体、あるいは、記録紙であってもよい。この記録媒体手段３に対するバイアス電圧Ｖｐの印加は、例えば記録媒体手段３の背面側（トナー担持体１と反対側面）に背面電極３１を配置し、この背面電極３１上面に記録媒体手段３を通過させる構成、あるいは、中間転写記録媒体であれば内部に電極を埋め込んだ構成（記録媒体手段側の電極を内部電極とする構成）又は中間転写記録媒体の背面に背面電極３１を配置した構成とすることができる。
On the recording medium means 3 side, a counter electrode means serving as a bias voltage applying means is applied to the back surface of the recording medium means 3 to apply a bias voltage for attaching the toner T that has passed the toner control means 4 to the recording medium means 3. A bias voltage Vp from the bias
ここで、トナー担持体１表面のトナーをクラウド化する手段として、トナー担持体１表面に設けられた複数の電極１１１を備え、各電極１１１に平均電位Ｖｓの電圧を印加する。このとき、隣接する電極１１１相互の間でトナーＴを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧を印加する２相の電極間ピッチｐ（又は、ｎ本毎の各電極１１１にｎ相の位相電圧を印加するｎ相の電極間ピッチ）に対し、トナー担持体１表面とトナー制御手段４のトナー担持体１側面（トナー担持体１側の表面の意味）の間の距離ｄが大きくなる関係（ｐ＜ｄ）でトナー担持体１とトナー制御手段４とを配置している。
Here, as means for converting the toner on the surface of the
つまり、ｐ＞ｄの関係ではトナー担持体１の電極１１１表面に形成される飛翔電界がトナー制御手段４のトナー担持体１側表面のＯＮ／ＯＦＦ電界と干渉を起こし、後述するトナー制御手段４のループ電界が乱れるためである。そのため、制御電極４２表面へのトナー付着の発生が起きやすくなる。ｐ＜ｄの条件においては、制御電極４２へトナーが付着することを確実に防止でき、連続したドットを印写しても濃度が変化することなく、良好な画像が得られる。
That is, in the relationship of p> d, the flying electric field formed on the surface of the
次に、トナー制御手段４の具体的構成の一例について図５を参照して説明する。なお、
図５（ａ）は同トナー制御手段の印写面側の説明図、（ｂ）は同じくトナー供給側面の説明図である。
この例は、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、トナー通過穴４１を囲む形で１０〜１００μｍ幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０μｍの間隔を置いて、つまり、絶縁基材４５で形成される絶縁領域を介して、制御電極４２と同一面に、複数のトナー通過穴４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３を設けた構成である。
Next, an example of a specific configuration of the
FIG. 5A is an explanatory view on the printing surface side of the toner control means, and FIG. 5B is an explanatory view of the toner supply side surface.
In this example, a ring-shaped
トナー通過穴４１は、形成するドット径のサイズで決定するが直径φ３０μｍ〜φ１５０μｍである。制御電極４２は個々にトナーＴの通過をＯＮ、ＯＦＦ制御するためのドライバ回路（駆動回路）に接続するためのリードパターン４２ａが接続され、また共通電極４３は共通のリードパターン４３ａに接続されている。また、絶縁基板４５の印写面側（記録媒体手段３側の面）はトナー通過穴４１が開口した状態である。
The
このように、トナー制御手段の共通電極は、制御電極の外側を絶縁領域を介してリング状に囲む形状である構成とすることで、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に形成する電気力を各トナー通過穴独立の電気力線として形成できるため、マルチ駆動（複数のノズル通過穴からトナーを飛翔させる駆動）のときの相互干渉（他のトナー通過穴の状態を受けること）が発生しない。 As described above, the common electrode of the toner control unit is configured to surround the outer side of the control electrode in a ring shape through the insulating region, so that the bias potential on the recording medium unit side and the common electrode on the outer side of the control electrode are between Can be formed as independent lines of electric force for each toner passage hole, so that mutual interference during multi-driving (drive that causes toner to fly from a plurality of nozzle passage holes) (under the condition of other toner passage holes) Does not occur.
また、トナー制御手段の制御電極と共通電極を同一面上形成することで、一回の製造プロセスで同時に形成でき、精度よく低コストに電極を作ることができる。 Also, by forming the control electrode and the common electrode of the toner control means on the same surface, they can be formed simultaneously in a single manufacturing process, and the electrodes can be made with high accuracy and at low cost.
また、トナー制御手段４の具体的構成の他の例について図６を参照して説明する。なお、図６（ａ）は同トナー制御手段の印写面側の説明図、（ｂ）は同じくトナー供給側面の説明図である。
この例は、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、トナー通過穴４１を囲む形で１０〜１００μｍ幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０μｍの絶縁領域の間隔を置いて複数のトナー通過穴４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３が空いたスペース全体を覆うようにベタ状に設けられた構成としている。
Another example of the specific configuration of the
In this example, a ring-shaped
このように、トナー制御手段の共通電極は、制御電極の外側に絶縁領域を介してベタ状に設けられている構成、つまり、共通電極を制御電極の外側領域全体にわたり形成することで、記録媒体手段側のバイアス電位の電界をシールドすることができ、かつ制御電極へのトナー付着低減、およびトナーの利用効率向上を図れる。 In this way, the common electrode of the toner control unit is configured to be solid on the outside of the control electrode via the insulating region, that is, the common electrode is formed over the entire outside region of the control electrode, so that the recording medium The electric field of the bias potential on the means side can be shielded, toner adhesion to the control electrode can be reduced, and toner utilization efficiency can be improved.
このようなトナー制御手段４の具体的製造方法は、基材４５である絶縁性部材として、コスト、製造プロセスの観点から樹脂フィルム、例えば、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ等で、厚さは３０μｍ〜１００μｍのものを使用し、まずフィルム面に０．２μｍ〜１μｍのＡｌ蒸着膜を形成する。次に、フォトリソ工程で、フォトレジストをスピンナで塗布後、プリベーク、マスク露光を行ない、現像した後、フォトレジストの加熱硬化を進めた後、Ａｌエッチング液によるＡｌのパタンニングを行う。フィルムの裏面にも電極パターンが必要な場合は上記と同様に可能であるが、穴加工用のマスクとして使用するパターンを裏面に形成してもよい。トナー通過穴４１となる貫通穴の形成は、パターン形成後プレスによる機械的な加工、または裏面に形成したパターンを利用したエキシマレーザー加工、またはスパッタエッチング加工等のドライエッチング加工によれば、位置ずれの無い高精度な穴加工が可能である。
A specific manufacturing method of such a
このように構成した画像形成装置においては、トナー担持体１の電極１１に対して平均電位Ｖｓのパルス電圧を印加することによって、トナー担持体１上でトナーＴが飛翔してクラウド化され、トナー担持体１の回転又は進行波電界による搬送によってトナーＴが搬送される。一方、記録媒体手段３側の背面電極３１に印写バイアス電圧Ｖｐが印加される。
In the image forming apparatus configured as described above, by applying a pulse voltage of the average potential Vs to the electrode 11 of the
この状態で、トナー制御手段４の共通電極４３に対して電圧Ｖｇを印加し、制御電極４２に対してトナーＴがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするときには図４に示すＯＮ時の電圧Ｖｃ-onを印加し、トナーＴがトナー通過穴４１を通過不可能な状態（ＯＦＦ状態）にするときには図４に示すＯＦＦ時の電圧Ｖｃ-offを印加する。
In this state, when the voltage Vg is applied to the
この場合、これらの各電極１１１，３１，４２，４３に対する電圧を後述するように設定することで、トナー制御手段４をトナー担持体１のトナーＴが記録媒体手段３に向かって通過可能な状態にするときに、記録媒体手段３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成される。
In this case, by setting the voltages for these
これにより、トナー担持体１上でクラウド化しているトナーは電気力線１０による電界に乗ってトナー制御手段４のトナー通過穴４１を通過して記録媒体手段３上に着弾する。したがって、画像に応じてトナー制御手段４１の各トナー通過穴４１をＯＮ／ＯＦＦ制御（開閉制御）することで、記録媒体手段３上に直接トナー画像を形成することができる。そして、記録媒体手段３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間にトナーの通過を制御する制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成されることから、制御電極４２やトナー通過穴４１周辺へのトナーの付着が低減され、またトナーをクラウド化していることでトナーの利用効率が向上する。
As a result, the clouded toner on the
ここで、トナー担持体１の電極１１１に印加するクラウドパルスとトナー制御手段４の制御電極４２に印加する制御パルスＶｃとの関係について図７及び図８をも参照して説明する。なお、図７は制御パルス及びクラウドパルスの時間軸を同じくした時の位相の関係を示す説明図、図８はトナー担持体表面にある複数の電極の断面方向の説明図である。
ここで、トナーの通過ＯＮ、ＯＦＦの制御を行う制御電極４２に印加する制御パルスＶｃのパルス周期（連続ドットを形成するときのＶｃ-onの繰り返し周期）をＴｃ、トナー担持体１上でトナーをクラウド化するためにトナー担持体１の表面の電極１１１群に印加するクラウドパルス（ここでは２相パルスでトナー担持体は回転することでトナーを搬送する）のパルス周期をＴｓとする。
Here, the relationship between the cloud pulse applied to the
Here, the pulse period of the control pulse Vc applied to the
この場合、トナーが負帯電トナーであるとすると、図８（ａ）に示すように、クラウドパルスの周期Ｔｓの期間において、Ｂ相がＡ相に比べて「Ｌ」（ロー）電位、Ａ相がＢ相に比べて「Ｈ」（ハイ）電位のとき、トナーＴは、Ｂ相の電極１１１からＡ相の電極１１１に向かって飛翔し、多くのトナーはＡ相の電極１１１表面に集まる。これは、Ａ相の電極１１１からＢ相の電極１１１に向かっている電気力線に沿ってトナーが飛び上がり、上方でＹ方向の速度が０になった後、Ａ相の電極１１１の表面に引き寄せられるためである。
In this case, assuming that the toner is a negatively charged toner, as shown in FIG. 8A, during the period of the cloud pulse period Ts, the B phase has an “L” (low) potential and the A phase as compared to the A phase. Is higher than the B phase, the toner T flies from the
一方、図８（ｂ）に示すように、クラウドパルスの周期Ｔｓの期間において、Ａ相がＢ相に比べて「Ｌ」（ロー）電位、Ｂ相がＡ相に比べて「Ｈ」（ハイ）電位のとき、トナーＴは、Ａ相の電極１１１からＢ相の電極１１１に向かって飛翔して、Ｂ相の電極１１１の表面に再び集まる。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, in the period of the cloud pulse period Ts, the A phase is “L” (low) potential compared to the B phase, and the B phase is “H” (high) compared to the A phase. ) When the potential is applied, the toner T flies from the
このように、２相（ｎ＝２）のクラウドパルスの例では、クラウドパルスの１周期Ｔｓ当たり、トナーＴはトナー担持体１表面から２回の飛翔を繰り返すことになる。なお、３相進行波のクラウドパルスの場合は、クラウドパルス１周期当たり、Ａ〜Ｃ相の電極１ピッチ当たり３回の飛翔を行うことになる。
As described above, in the example of the two-phase (n = 2) cloud pulse, the toner T repeats flying twice from the surface of the
したがって、画像の濃度ムラを無くして正常な画像を得るためには、トナーの通過ＯＮ、ＯＦＦの制御を行う制御パルスＶｃの１周期Ｔｃの間にトナーの飛翔クラウド（反発と吸引）を、少なくとも２回以上行うことで、トナーのクラウド化が進行し、十分なトナーを飛翔させることができる。 Therefore, in order to eliminate the density unevenness of the image and obtain a normal image, at least a toner flying cloud (repulsion and suction) is required during one cycle Tc of the control pulse Vc for controlling the toner passage ON / OFF. By performing it twice or more, the clouding of the toner progresses, and sufficient toner can fly.
つまり、連続ドットを印写するときにトナー制御手段の制御電極に対して繰り返し周期Ｔｃの制御パルスを印加する手段と、トナー担持体の電極に対して、ｎ相の周期Ｔｃのパルス状電圧であって、制御パルスの繰返し周期Ｔｃとの関係で、Ｔｃ＞Ｔｓ／ｎの関係になるパルス状電圧を印加する手段とを備えることで、制御パルスの１周期内で複数回のトナー飛翔クラウドを行うことができて、画像濃度ムラを低減できて、正常な画像濃度を確保することができる。 That is, a means for applying a control pulse having a repetition period Tc to the control electrode of the toner control means when printing continuous dots, and a pulse voltage of an n-phase period Tc to the electrode of the toner carrier. And a means for applying a pulse voltage having a relationship of Tc> Ts / n in relation to the repetition period Tc of the control pulse, so that the toner flying cloud can be carried out a plurality of times within one period of the control pulse. It is possible to reduce the unevenness of image density and to secure a normal image density.
次に、トナー担持体１の電極１１１に対するパルス電圧の平均電位Ｖｓ、記録媒体手段３側のバイアス電圧Ｖｐ、トナー制御手段４の制御電極４２に対する制御パルス電圧Ｖｃ、共通電極４３に対する電圧Ｖｇについて、図９をも参照して説明する。なお、図９は、トナー担持体１、トナー制御手段４、記録媒体手段３の二次元断面電界強度分布のシミュレーション結果に基づくトナー通過穴を通過する電気力線を示す説明図である。
Next, regarding the average potential Vs of the pulse voltage for the
トナー担持体１の電極１１１には平均電位Ｖｓのクラウドパルス（電位が時間的に変動する電圧）を印加する。この場合、クラウドパルスの電圧波高値は電極ピッチ、使用するトナー等に応じて設定する。例えば、±６０〜±３００Ｖｐｐ（ｐｐはピーク−ピーク）の範囲内で設定することが好ましく、ここでは、±１５０Ｖｐｐ、ＤＣ電圧成分０Ｖの電圧を印加している。したがって、トナー制御手段４に対するトナー担持体側１側のＤＣバイアスとしては０Ｖであり、平均電位Ｖｓ＝０Ｖとなる。なお、トナー担持体１とトナー制御手段４の間隔ｄは０．３ｍｍとしている。
A cloud pulse having an average potential Vs (voltage at which the potential varies with time) is applied to the
また、この例では、トナー制御手段４のトナー通過穴４１の直径φ１００μｍ、リング状の制御電極４２の穴中心方向の幅は３０μｍ、制御電極４２は共通電極４３の間隔は５０μｍである。
In this example, the diameter of the
このトナー制御手段４の共通電極４３へのバイアスＶｇはＤＣ−１２５Ｖであり、トナー担持体１へのパルス電圧の平均電位Ｖｓとの関係はトナーＴを常にトナー担持体１側へ向ける方向のバイアスであるため、この共通電極４３面へのトナー付着はない。
The bias Vg to the
そして、トナー制御手段４の制御電極４２には、トナーＴがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にする場合、制御パルス電圧Ｖｃ-onは＋５０Ｖ、トナーＴを通過させる時以外の阻止状態（通過不可能な状態：ＯＦＦ状態）にする場合の電圧Ｖｃ-offは−１２５Ｖとしている。記録媒体手段３の背面電極３１へのバイアス電圧Ｖｐはトナー制御手段４と記録媒体手段３との間隔にもよるが、例えば＋２００〜＋１５００ＶのＤＣ電圧を印加すればよい。ここでは、トナー制御手段４と記録媒体手段３との間隔０．３ｍｍとしてＤＣ＋３００Ｖを印加し、マイナス帯電トナーを記録媒体手段３の表面に引き寄せる電位勾配としている。
The
各電極１１１、４２，４３、３１に印加する電位の関係を以上のように設定することで、マイナスに帯電したトナーがトナー通過穴３１を通過可能な状態にする場合においては、最もプラス側に電位が高い記録媒体手段３側の電極３１から出る電気力線のうち、トナー制御手段４のトナー通過穴４１を通る電気力線の多くが、トナー通過穴４１を通過した後、一番電位の低い共通電極４３に入ることになる。このとき、近接した距離にあるトナー制御手段４の制御電極４２と共通電極４３にも１７５Ｖの電位があるため、その間にも強い電気力線が生じる。
By setting the relationship between the potentials applied to the
そのため、図９（ａ）に示すように、トナーＴがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にしたときには、先の記録媒体手段３側の電極３１からトナー通過穴４１を通る電気力線１０は、制御電極４２に入ること無く（制御電極４２を迂回して）、−１２５Ｖと最も電位の低い共通電極４３に多くが入るため、ループ状に拡がった形状となる。つまり、記録媒体手段３側とトナー制御手段４の共通電極４３との間に制御電極４２を迂回してループ状に電気力線１０が形成される。
For this reason, as shown in FIG. 9A, when the toner T is allowed to pass through the toner passage hole 41 (ON state), the electricity passing through the
したがって、トナー担持体１上でクラウド状態にあるマイナス帯電トナーＴがこの電気力線１０に沿ってトナー通過穴４１を通過し、記録媒体手段３の表面に多くのトナーＴが移動することができる。
Therefore, the negatively charged toner T in the cloud state on the
このとき制御電極４２には＋５０Ｖが印加され、トナー担持体１の０Ｖとの関係は、トナーＴを制御電極４２へ吸着する関係にあるため、本来であればこの＋５０Ｖが印加されている間に制御電極４２表面にトナーが付着するはずであるが、図９（ａ）のシミュレーションの結果から分かるように、＋５０Ｖが印加されている制御電極４２上方を記録媒体手段３側電極からトナー通過穴４１を通って共通電極４３に入る電気力線１０が覆っているため、制御電極４１へトナーＴが付着することが防止される。
At this time, + 50V is applied to the
一方、トナーＴがトナー通過穴４１を通過不可能な阻止状態（ＯＦＦ状態）にした場合、制御電極４２には−１２５Ｖが印加され、共通電極４３に対する電位と同じ電位であり、トナー担持体１の電位０Ｖとの関係は、トナーＴをトナー担持体１側に反発する関係であり、トナー制御手段４へのトナーＴの付着はないし、図９（ｂ）に示すように記録媒体手段３側電極からの電気力がトナー通過穴４１を通り抜ける電気力線もないため、トナーＴがトナー通過穴４１を通過することもなく、地汚れ画像は発生しない。なお、阻止状態（ＯＦＦ状態）の制御電極４２への印加電圧は共通電極４３の電位と同じ電位である必要はなく、よりマイナス側の電位であってもトナーＴの通過を阻止する（ＯＦＦ状態にする）ことはできる。
On the other hand, when the toner T is in a blocking state (OFF state) in which the toner T cannot pass through the
このように、トナーを飛翔させ、クラウド化して担持するトナー担持体と、トナーが付着させられる記録媒体手段と、トナー担持体と記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴を有するトナー制御手段と、を備え、トナー制御手段は、トナー担持体側表面に、トナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかにトナーの通過を制御する制御電極が設けられ、この制御電極の外側に複数のトナー通過穴に共通の共通電極が設けられ、トナー制御手段のトナー通過穴をトナー担持体のトナーが記録媒体手段に向かって通過可能な状態にするとき、記録媒体手段側とトナー制御手段の共通電極との間に制御電極を迂回してループ状に電気力線が形成されることにより、トナーを吸引する電位が印加される制御電極表面やその周囲へのトナー付着を大幅に低減でき、トナーの通過のオン／オフの制御を安定して行うことができるとともに、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に形成される電気力線はトナー担持体側ではトナー通過穴の径より大きく広がり、クラウド化されたトナーを広範囲に捕獲して印写面側に向けて飛翔させることが可能となってトナーの利用効率が上がり、印刷濃度の確保、印刷速度の向上を図れる。 As described above, the toner carrier that carries the toner in a clouded manner, the recording medium means to which the toner is adhered, and the plurality of toner passage holes arranged between the toner carrier and the recording medium means are provided. Toner control means, and the toner control means is provided with a control electrode for controlling the passage of the toner on at least one of the periphery of the toner passage hole and the inner wall of the hole on the surface of the toner carrier, and outside the control electrode. When a common electrode common to the plurality of toner passage holes is provided, and the toner on the toner carrier is allowed to pass through the toner passage hole of the toner control means toward the recording medium means, the recording medium means side and the toner control means By forming a line of electric force around the control electrode around the common electrode, a potential for attracting toner is applied to the surface of the control electrode and its surroundings. The adhesion of toner can be greatly reduced, the on / off control of toner passage can be stably performed, and the lines of electric force formed between the bias potential on the recording medium means side and the common electrode outside the control electrode are On the toner carrier side, it expands larger than the diameter of the toner passage hole, and it is possible to capture a large amount of clouded toner and fly it toward the printing surface, increasing the toner usage efficiency and ensuring printing density. The printing speed can be improved.
また、各電極に印加する電位の関係として、トナー担持体１の電極１１１のＤＣバイアスとして−５０Ｖ、パルスの波高値を＋１５０Ｖ〜−１５０Ｖとして、±１５０Ｖpp−５０ＶＤＣを印加すると、平均電位Ｖｓは−５０Ｖとなる。そして、トナー制御手段４の制御電極４２のトナー通過ＯＮ時の電位Ｖｃ-onが０Ｖ、トナー通過ＯＦＦ時の電位Ｖｃ-offが−１７５Ｖであっても、上述した例と等価である。この場合、制御電極４２に印加する電圧Ｖｃが０〜−１７５Ｖの一極性電圧のＯＮ、ＯＦＦであるため、ドライバ回路の構成が簡単になりコスト的にも有利である。
Further, regarding the relationship of the potential applied to each electrode, when the DC bias of the
このように、上述したトナー通過ＯＮ時に各電極に対して印加する電位の関係を、次のように設定することで、記録媒体手段側とトナー制御手段の共通電極との間に制御電極を迂回してループ状に電気力線を形成することができる。 Thus, by setting the relationship of the potential applied to each electrode when the toner passage is ON as described above as follows, the control electrode is bypassed between the recording medium means side and the common electrode of the toner control means. Thus, electric lines of force can be formed in a loop shape.
つまり、トナー担持体１の電極１１１に対し時間的に変動する平均電位Ｖｓのパルス電圧を印加し、トナー制御手段４の制御電極４２に対しトナーがトナー通過穴４１を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、トナーがトナー通過穴４１を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、共通電極４３に電圧Ｖｇを印加し、トナー制御手段４を通過したトナーを記録媒体手段３に導いてトナーを付着させるために記録媒体手段３側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、
トナーがトナー通過穴４１を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞Ｖｓ＞Ｖｇ
とし、トナーが負帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はバイアス電圧Ｖｐがマイナス電位側に高くなる設定とする。
That is, when a pulse voltage having an average potential Vs that varies with time is applied to the
The relationship between each potential when the toner is allowed to pass through the
Vp>Vc-on>Vs> Vg
In the case where the toner is negatively charged toner, the bias voltage Vp is increased to the positive potential side. In the case of the positively charged toner, the bias voltage Vp is increased to the negative potential side.
また、この場合、トナーがトナー通過穴４１を通過不可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｓ＞Ｖｇ であり、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ-off
であって、トナーが負帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は平均電位Ｖｓがマイナス電位側に高くなる設定とすることが好ましい。
In this case, the relationship between the potentials when the toner cannot pass through the
Vs> Vg and Vs> Vc-off
In the case where the toner is a negatively charged toner, the average potential Vs is preferably increased to the plus potential side. In the case of the positively charged toner, the average potential Vs is preferably set to be increased to the minus potential side.
各電極１１１、４２、４３、３１に対する電位の関係を上述した関係に設定することにより、記録媒体手段側のバイアス電位とトナー担持体の電位間に直接形成される電気力線が低減され、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に電気力を形成することができ、これにより、トナーを吸引する電位が印加される制御電極へのトナー付着を大幅に低減できて、制御電位が安定する。また、記録媒体手段側のバイアス電位と制御電極外側の共通電極間に形成される電気力線は、トナー供給側ではトナー通過穴の径より大きく広がるため、クラウド化されたトナーを広範囲に捕獲して印写面側に向けて飛翔させることが可能となり、トナーの利用効率が上がり、印刷濃度の確保、印刷速度の向上を図ることができる。さらに、トナー制御手段の共通電極はトナーを常に反発する関係の電位にあるため、トナーの付着が発生することがなく、共通電極の電位を一定に保つことが可能となり信頼性の高い画像形成装置を実現できる。
By setting the potential relationship with respect to each
さらに、高速印刷のためにトナー担持体１表面のトナー量が多くなった場合、また帯電電荷量が大きいトナーを使用して印刷を行う場合は、トナーが有する電荷によるトナー電位を無視できなくなり、各電極に印加する電位決定に考慮が必要となる。
Furthermore, when the amount of toner on the surface of the
具体的に説明すると、トナー担持体１表面の供給トナー量ｍ/Ａｍｇ／ｃｍ２に対するトナー電位の変化は図１０に示すようになる。ここでは、トナーはマイナスに帯電したトナーの例であり、トナー担持体１表面の単位面積当たりのトナー量が増加するに従って、制御電極４２側からみた表面電位はマイナス電位に上昇する。そして、供給したトナーがトナー担持体１表面に単に付着したままの電位Ｖｏに対して、トナー担持体１表面の電極に電圧を印加してトナーが電極１１相互の電気力線に沿って上下の飛翔を繰り返すクラウド状態の電位Ｖｔは大きく上昇する。これは、トナーがトナー担持体１表面より上方の空間にある方が、個々のトナーの周囲に対する結合静電容量が小さくなり、その結果電位が上昇するためである。
More specifically, the change in toner potential with respect to the supplied toner amount m / Amg / cm 2 on the surface of the
このクラウド状態のトナー電位Ｖｔの測定は、トナー担持体１表面の各電極１１にパルス電圧を印加しながら、供給したトナーをクラウド状態にしてその上方に表面電位計を設定することで、容易に測定することができる。具体的には、クラウド化を起こすパルスを印加して、後述する一成分、または二成分ローラからトナーを供給しながらトナー担持体１を回転、又は進行波パルスでトナーを搬送し、トナー制御手段４が設定される位置にてトナー担持体１表面から２ｍｍ程度上方に表面電位計を設置して測定する。図１０の結果は、帯電電荷量が−１５〜−２５μＣ／ｇのトナー供給した場合のＶｏ、そのトナーを飛翔高さが表面近傍から２００μｍの範囲でクラウド状態にした場合のトナー電位Ｖｔの場合の例である。
The measurement of the toner potential Vt in the cloud state can be easily performed by applying a pulse voltage to each electrode 11 on the surface of the
この図１０に示す各供給トナー量においてトナー制御手段４によりトナーの通過のＯＮ／ＯＦＦ制御を行って印刷を行った結果、トナー制御手段４の電極４２、４３表面に付着したトナー量を評価した結果を図１３に示している。この図１１の結果において、供給トナー量が少ない領域は電極４２、４３へのトナー付着はないが、供給トナー量が増加して０．９ｍｇ／ｃｍ２はトナー電位Ｖｔが−８０Ｖとなり、制御電極４２へのトナー付着が起き始める。
As a result of printing by performing ON / OFF control of the passage of toner by the
これは、等価的にトナー担持体１の電位がマイナス側に電位上昇してトナー制御手段４の共通電極４２との電位差が小さくなった結果、記録媒体手段３側電極から出てトナー通過穴４２を通る電気力線のうち、トナー担持体１に直接入る電気力線が増加し、共通電極４３へ入るループ状の電気力線が減ったためである。すなわち、ループ状の電気力線が少なくなると、飛翔エネルギーの高いトナーがループ状の電気力線に乗って印写面の方向に飛翔することなく、ＯＮ電圧が印加されている制御電極４２まで飛翔するためである。
This is because the potential of the
さらに、供給トナー量が増加して１．２ｍｇ／ｃｍ２超えると、トナー電位Ｖｔは−１２０Ｖ以上の値となる。この領域では、トナー制御手段４の共通電極４３のバイアス電位Ｖｇ（−１２５Ｖ）との電位差がなくなり、飛翔エネルギーを有するトナーが共通電極４３まで到達し始めてトナー付着が起きた結果である。また、制御電極４２へのトナー付着量も増えてくる。
Further, when the supplied toner amount increases and exceeds 1.2 mg / cm 2 , the toner potential Vt becomes a value of −120 V or more. In this region, the potential difference from the bias potential Vg (−125 V) of the
これらのトナー付着は、定期的な電極クリーニングの頻度を上げることで、使用できないことはないが、画質低下が発生する。トナー付着が発生しない条件であれば、連続印刷においても画像濃度が低下することなく、信頼性の高い画像記録装置が可能となる。 These toner adhesions are not unusable by increasing the frequency of periodic electrode cleaning, but image quality deteriorates. As long as toner adhesion does not occur, a highly reliable image recording apparatus can be achieved without decreasing image density even in continuous printing.
そこで、トナー量が多い場合、また帯電電荷量が大きいトナーを使用して画像を形成する場合は、各電極に対する電位を、次の条件で設定することで、電極へのトナー付着回避、トナー利用効率の向上で画像濃度が低下することなく高速印刷が可能になる。 Therefore, when the amount of toner is large, or when an image is formed using toner with a large amount of charged charge, the potential for each electrode is set under the following conditions to avoid toner adhesion to the electrode and use of toner High efficiency enables high-speed printing without lowering image density.
すなわち、電荷を有するトナーがトナー担持体１表面から飛翔してクラウド状態にある制御電極４２側からみたトナー電位をＶｔとしたとき（その他は前記の条件と同じ）、トナーの通過をＯＮさせる場合の各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ
と、負帯電トナーの場合はＶｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合はＶｐがマイナス電位側に高くなる設定とする。
That is, when the toner potential seen from the side of the
Vp>Vc-on> (Vs + Vt)> Vg
In the case of negatively charged toner, Vp is increased to the positive potential side, and in the case of positively charged toner, Vp is increased to the negative potential side.
また、トナーの通過をＯＦＦさせる場合の各電位の関係は、
（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ であり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ-off
と、負帯電トナーの場合は（Ｖs＋Ｖt）がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は（Ｖs＋Ｖt）がマイナス電位側に高くなる関係に設定する。
The relationship between the potentials when the toner passage is turned off is as follows:
(Vs + Vt)> Vg and (Vs + Vt)> Vc−off
In the case of negatively charged toner, the relationship is set such that (Vs + Vt) increases to the positive potential side, and in the case of positively charged toner, the relationship is set such that (Vs + Vt) increases to the negative potential side.
各電極１１１、４２、４３、３１に対する電位を上記のように設定する、つまり、トナー供給側の電位として、トナー担持体表面のトナーが飛翔することによる電位も考慮して各電極電位を適正に設定することで、印刷速度が速い供給トナー量が多い場合、またトナーの帯電電荷量が大きい場合においても、制御電極などへのトナー付着の低減、トナー利用効率の向上を図れ、高濃度、高速印刷の画像形成装置を実現することができる。この場合、トナーをクラウド化していない（パルスを印加していない）状態でも、上述した電位の関係に設定することで、制御電極などにトナー付着が発生しないため、信頼性が向上する。
The potentials for the
また、前述したように、トナー担持体は、表面側に所定の間隔で配設された複数の電極を有し、隣接電極相互の間でトナーを吸引する方向と反発する方向を交互に繰り返す関係の電圧が印加され、電極に印加する２相の電極間ピッチｐ（又はｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加するときのｎ相の電極間ピッチ）に対して、トナー担持体表面とトナー制御手段のトナー担持体側面の間の距離ｄが大きい構成とする。 Further, as described above, the toner carrier has a plurality of electrodes arranged on the surface side at a predetermined interval, and alternately repeats the direction of attracting toner and the direction of repulsion between adjacent electrodes. Is applied to the electrode, and the toner carrier is applied to the pitch p between the two phases applied to the electrodes (or the pitch between the n-phase electrodes when the n-phase voltage is applied to every n electrodes). The distance d between the surface and the side surface of the toner carrier of the toner control means is large.
これにより、記録媒体手段側の印写バイアスからトナー制御手段の共通電極に向けて形成されるループ状電気力線を強いものとし、クラウド化されたトナーを印写面に向けてより多く飛翔させることができ、高速、高品質のドット形成が可能となる。 As a result, the loop electric field lines formed from the printing bias on the recording medium means side toward the common electrode of the toner control means are strengthened, and the clouded toner is caused to fly more toward the printing surface. This enables high-speed, high-quality dot formation.
なお、上記の例では、トナー担持体表面の複数の電極にクラウドパルスを印加してトナーがクラウド状態にある場合の条件について説明したが、トナーを飛翔させていない状態の制御電極側からみたトナーによる電位をＶｔとしたとき前記と同条件に設定することで、電極へのトナー付着を回避する効果がある。つまり、クラウドパルスの印加をＯＦＦしてトナーのクラウドが無い状態においても、僅かなトナーが浮遊している。この僅かな浮遊トナーの電位は無視できるが、トナー担持体表面に着地して乗っているトナー電位があり、この電位Ｖｔを考慮した（Ｖｓ＋Ｖｔ）も前記と同条件の範囲に設定することで、同じ効果が得られる。 In the above example, the condition when the toner is in the cloud state by applying the cloud pulse to the plurality of electrodes on the surface of the toner carrier has been described, but the toner viewed from the control electrode side in the state where the toner is not flying When the potential due to is set to Vt, setting the same condition as described above has an effect of avoiding toner adhesion to the electrode. That is, even when the application of the cloud pulse is turned off and there is no toner cloud, a slight amount of toner is floating. Although the slight potential of the floating toner is negligible, there is a toner potential landing on the surface of the toner carrying member, and (Vs + Vt) in consideration of this potential Vt is also set in the same condition range as above. The same effect can be obtained.
上述したように、トナー担持体表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段に時間的に変動する電位を印加する。例えば、トナーの供給はトナーを搬送供給するトナー担持体の表面にトナーを搬送する方向と直交する方向に所定ピッチで設けられた複数の電極を有するトナー担持体から供給する。ここで、トナー制御手段の共通電極がない場合、各電極への電位の設定が上述した範囲に無い場合は、電極へのトナー付着が急速に発生する等、信頼性の低下は避けられない。また、クラウド化したトナーの利用効率が非常に低下するため、画像濃度の確保、高速印刷の画像形成装置を達成することはできなくなる。 As described above, a time-varying potential is applied to the means for flying the toner on the surface of the toner carrying member to form a cloud. For example, the toner is supplied from a toner carrier having a plurality of electrodes provided at a predetermined pitch in a direction orthogonal to the direction in which the toner is conveyed on the surface of the toner carrier for conveying and supplying the toner. Here, when there is no common electrode of the toner control means, and when the potential setting to each electrode is not within the above-described range, a decrease in reliability is unavoidable, such as toner adhesion to the electrode rapidly occurring. In addition, since the use efficiency of the clouded toner is greatly reduced, it is impossible to secure an image density and achieve an image forming apparatus for high-speed printing.
次に、本発明の第２実施形態について図１２を参照して説明する。なお、図１２は同実子形態の模式的構成図である。
この実施形態では、前記第１実施形態に加えて、トナー制御手段４の記録媒体手段３側面（記録媒体手段３側の面）の各トナー通過穴４１周辺には、各トナー通過穴４１に対して個別的に、制御電極４２よりも面積が大きい個別背面電極４４が設けられ、この個別背面電極４４には常時制御電極４２と同じ電位Ｖｓ（＝Ｖｒ）が印加されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of the same child form.
In this embodiment, in addition to the first embodiment, each
このようなトナー制御手段４の具体的構成の一例について図１３を参照して説明する。
このトナー制御手段４は、絶縁基板（基材）４５のトナー供給側（トナー担持体１１側）面に、図６で説明したと同様に、トナー通過穴４１を囲む形で１０〜１００μｍ幅のリング状の制御電極４２を設け、この制御電極４２から２０〜５０μｍの絶縁領域の間隔を置いて複数のトナー通過穴４１に共通のバイアス電圧Ｖｇを印加する共通電極４３が空いたスペース全体を覆うようにベタ状に設けられている。
An example of a specific configuration of the
This toner control means 4 has a width of 10 to 100 μm on the toner supply side (toner carrier 11 side) surface of the insulating substrate (base material) 45 so as to surround the
一方、絶縁基板４５の記録媒体手段側（印写面側）にはトナー通過穴４１を囲む形で制御電極４２よりも径が大きいリング状の個別背面電極４４が設けられている。この個別背面電極４４は例えばＡｌ蒸着で形成されている。
On the other hand, on the recording medium means side (printing surface side) of the insulating
なお、その他のトナー担持体１、記録媒体手段３などの構成については基本構成と同じであるので説明を省略する。
The other configurations of the
このように構成したトナー制御手段４の各制御電極４２に対する電位Ｖｃ、共通電極４３に対する電位Ｖｇ、個別背面電極４４に対する電位Ｖｒとして、それぞれ＋５０Ｖ、−１２５Ｖ、＋５０Ｖを印加したときの電極電界分布のシミュレーション結果を図１４に示している。
In the toner control means 4 configured as described above, the electric field distributions of the electrodes when +50 V, −125 V, and +50 V are applied as the potential Vc for each
ここでは、個別背面電極４４の電位Ｖｒと制御電極４１の電位Ｖｃとは同電位であり、また、トナー担持体１の電極１１に対する平均電位Ｖｓは０Ｖとしている。
Here, the potential Vr of the
この結果、トナーがトナー通過穴４１を通過可能な状態（ＯＮ状態）にするとき、クラウド状態のトナーを取り込んで印写面側に飛翔させるループ状の電界（電気力線１０）は、前述した図９（ａ）の場合（個別背面電極４４がない場合）に比べて、幅が広く、トナー通過穴４１を通過する電気力線１０の量が多いことが分かる。
As a result, when the toner is allowed to pass through the toner passage hole 41 (ON state), the loop-shaped electric field (electric field lines 10) that takes in the toner in the cloud state and flies to the printing surface side is described above. Compared to the case of FIG. 9A (the case where there is no individual back electrode 44), it can be seen that the width is large and the amount of the electric lines of
これは、図９（ａ）の場合には、共通電極４３の電圧Ｖｇの電界が印写面側に作用し、印写面側のトナー通過穴４１近傍にも作用して印写バイアスＶｐからの電気力線の通過量を制限しているのに対して、図１４の例では個別背面電極４４の電圧Ｖｒが電圧Ｖｃと同じ電位で、制御電極印写面側のトナー通過穴４１近傍の表面電位が図９（ａ）の場合に比較して高い電位であるため、トナー通過穴４１を通過する電気力線が多くなった結果である。
In the case of FIG. 9A, the electric field of the voltage Vg of the
このとき、トナー制御手段４の各制御電極４２の面積に対して個別背面電極４４の面積がより大きい形状に設定することで、前記の効果はより顕著となる。または、トナー制御手段４の各制御電極４２と各個別背面電極４４の形状を、トナー通過穴４４を囲む形でリング形状とし、制御電極４４の外径に対して個別背面電極４４の外径寸法をより大きく設定することでも前記の効果は顕著になる。
At this time, by setting the area of the
なお、トナー制御手段４の個別背面電極４４の電位Ｖｒと制御電極４２の電位Ｖｃとを異なる電位とした場合、例えば個別背面電極４４の電圧Ｖｒを制御電極４２の電圧Ｖｃよりマイナス側の電位としたときには、トナー通過穴４１を通る電気力線１０の量が減少し、その結果クラウド化されたトナーを印写面（記録媒体手段３）側に飛翔させる力が減って印写濃度が低下する。逆に、個別背面電極４４の電圧Ｖｒを制御電極４２の電圧Ｖｃよりプラス側の電位としたときには、トナー通過穴４１を通る電気力線１０はトナー通過穴４１の全体に拡がり、トナー通過穴４１の開口径を小さくする必要があり、トナー通過穴４１にトナー、微粉、紙粉等が付着した場合、飛翔トナーが衝突してドット欠けが発生し易くなる。
When the potential Vr of the
したがって、制御電極４２の電圧Ｖｃと個別背面電極４４の電圧Ｖｒは同じ電圧を印加することにより、トナーを印写面に飛翔させる電界の強度を保ち、且つトナー通過穴４１の穴径に対して形成ドット径を小さくして高解像度の画像が得られ、しかもドライバコストの上昇を抑えることができる。
Therefore, the voltage Vc of the
そして、より大きい効果を得るための制御電極４２と個別背面電極４４の形状については、前述したように、トナー制御手段４１の各制御電極４２の面積に対して個別背面電極４４の面積がより大きい形状に設定する。または、トナー制御手段４１の各制御電極４２と各個別背面電極４４の形状を、トナー通過穴４１を囲む形でほぼリング形状とし、制御電極４２の外径に対して個別背面電極４４の外径寸法をより大きく設定する。
As for the shapes of the
また、図１５に示すように、トナー制御手段４１の制御電極４２と個別背面電極４４がトナー通過穴４１の内壁面に設けた導通パターン４６を介して接続されている構成とすることもできる。この導通パターン４６の形成は、例えば、トナー通過穴４１以外をメタルマスクで覆い、Ａｌ、Ａｕ、ＩＴＯ等の導電性材料の蒸着、スパッタで内壁面に成膜する、または、トナー通過穴４１以外の部分にレジスト膜を形成した後メッキによる導電性膜を成膜することなどで行うことができる。
Further, as shown in FIG. 15, the
この場合、個別背面電極４４の引出しパターン４４ａを図示しないドライバに接続して電圧Ｖｃ（＝Ｖｒ）を印加することで、制御電極４２からの引出しパターン４２ａが不要になるので、制御電極４２側へのトナー付着が一層低減されることになる。また、各トナー通過穴４１によってトナードットを形成するための制御信号発生用のドライバは、各ノズル通過穴４１の数に対応した数があればよいことになる。
In this case, by connecting the
なお、ここでは、トナー通過穴４１の内壁面に設けた導通パターン４６によって制御電極４２と個別背面電極４４の導通をとったが、これに限らず、トナー通過穴４１以外の箇所に導通用のスルーホール（穴）を設け、制御電極４２と個別背面電極４４を導通することも可能である。このときの導通用スルーホールは導通のみを考慮すればよいため、必要最低限の穴でよく、導通処理も穴内壁を埋め尽くすものであってもよいことから、導通用穴に導電性インクを噴射して埋めることもできる。
Here, the
次に、本発明の第３実施形態に係る画像形成装置について図１６を参照して説明する。なお、図１６は同実施形態の模式的構成図である。
この画像形成装置は、前述した実施形態のユニットを４個設けてイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色分のトナーのクラウド化とトナー制御手段によるＯＮ／ＯＦＦ制御を行ってカラー画像を形成する画像形成装置の例である。
Next, an image forming apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a schematic configuration diagram of the embodiment.
In this image forming apparatus, four units of the above-described embodiment are provided, and toner for four colors of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) is converted into a cloud and a toner control unit. 1 is an example of an image forming apparatus that performs ON / OFF control to form a color image.
つまり、この画像形成装置は、記録媒体手段である中間転写記録体１０３に沿って、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色分のトナーのクラウド化して供給する４個のトナー供給ユニット１００ｙ、１０１ｍ、１０１ｃ、１０１ｋ（色を区別しないときは「トナー供給ユニット１００」という。以下同様。）を配置し、各トナー供給ユニット１００と中間転写記録体１０３との間に、それぞれ前記実施形態のいずれかと同様なトナー制御手段４を配置している。
That is, this image forming apparatus forms a cloud of toner for four colors of yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) along the intermediate
ここで、中間転写記録体１０３は、２つのローラ１３２、１３３との間に掛け回されて矢示方向に周回移動する。この中間転写記録体１０３の背面（内側）には各トナー供給ユニット１００に対応して記録媒体手段側電極である背面電極１３１が配置されている。また、転写後の中間転写記録体１０３上の残トナーを除去するクリーニングユニット１３５が備えられる。
Here, the intermediate
トナー供給ユニット１００は、トナーをクラウド化させるために電圧を印加する複数の電極１１１を並べて配置した円筒状のトナー担持体１と、このトナー担持体１にトナーを補給する回転するトナー補給ローラ１１３と、トナー担持体１上のトナー量を規制するブレード１１４を備えている。
The
ここでは、トナー補給ローラ１１３からトナー担持体１にトナーが補給されるとともに、トナー補給ローラ１１３上のトナーとトナー担持体１との摩擦によってトナーの摩擦帯電が行われる。また、トナー補給ローラ１１３の下流側のブレード１１４は、トナー担持体１表面のトナー量を薄層で一定量にするとともに、トナー帯電量の安定化も図っている。
Here, toner is replenished to the
そして、トナー供給ユニット１００で供給されるトナーがトナー制御手段４によって画像に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されることで中間転写記録体１０３上に飛翔され、中間転写記録体１０３上にカラーのトナー画像が形成される。
Then, the toner supplied by the
一方、下方に記録紙１５０を収容する給紙部１０５が配置され、給紙部１０５から記録紙１５０がピックアップローラ（給紙ローラ）１０６で給紙されて、中間転写記録体１０３を掛け回したローラ１３２に対向して配置した転写ローラ１０７で中間転写記録体１０３上のトナー画像が転写され、定着ユニット１０８でトナーが記録紙１５０上に溶融定着されて排紙される。
On the other hand, a
なお、ここでは図示していないが、記録紙１５０の裏面側の転写ローラ１０７に＋バイアスが印加されることで中間転写記録体１０３から記録紙１５０面へのトナー画像の転写が行われる。また、上述したように中間転写記録体１０３はクリーニングユニット１３５で残トナーがクリーニングされて、次の画像形成が行われる。
Although not shown here, the toner image is transferred from the intermediate
このように、この画像形成装置は、中間転写記録体に４色画像を形成した後、給紙部から供給される記録紙に転写を行う中間転写記録方式である。この中間転写記録方式の場合は、印写面（トナーが着弾する面、画像形成面ともいう。）とトナー制御手段との間隔を一定に保つ精度確保が容易であり、トナー飛翔速度が低い条件で高画質化を図ることができる。また、平滑で体積抵抗率の調整によって電荷が蓄積しない、電位変動のない印写面が得られ、クラウド化したトナーの通過のＯＮ／ＯＦＦで直接印刷する画像形成装置は電位に対する感度が高く、印写面バイアス電位の変動に対して画質変動が発生しやすいが、この構成であれば信頼性の高い、高画質のカラー画像を得ることができる。 As described above, this image forming apparatus is an intermediate transfer recording method in which a four-color image is formed on an intermediate transfer recording body and then transferred to a recording sheet supplied from a paper feeding unit. In the case of this intermediate transfer recording method, it is easy to ensure the accuracy of maintaining a constant distance between the printing surface (the surface on which toner is landed, also referred to as an image forming surface) and the toner control means, and the toner flying speed is low. Can improve image quality. In addition, an image forming apparatus that prints directly with ON / OFF of the passage of the clouded toner can obtain a printing surface that is smooth and does not accumulate charges by adjusting the volume resistivity, and has no potential fluctuation, and has high sensitivity to potential, Although image quality fluctuations are likely to occur with respect to fluctuations in the printing surface bias potential, this configuration makes it possible to obtain a reliable and high-quality color image.
次に、本発明の第４実施形態に係る画像形成装置について図１７を参照して説明する。なお、図１７は同実施形態の模式的構成図である。
この画像形成装置は、記録媒体手段を記録紙として、記録紙上に直接画像を形成する例である。つまり、ここでは、給紙部１０５から供給される記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に静電的に吸着してトナー供給ユニット１００の領域を通過させ、トナー制御手段１０４の画像に応じたＯＮ／ＯＦＦ制御によって記録紙１５０上に直接カラー画像を形成する。
Next, an image forming apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a schematic configuration diagram of the embodiment.
This image forming apparatus is an example in which an image is directly formed on a recording sheet using a recording medium means as a recording sheet. That is, here, the
なお、紙搬送ベルト１６１は、ポリイミド等から形成され、２つのローラ１６２、１６３に掛け回されて矢示方向に周回移動し、図示しない帯電ローラなどの帯電手段によって帯電されることで記録紙１５０を静電的に吸着保持して搬送する。なお、給紙部１０５から記録紙１５０を紙搬送ベルト１６１に導くためのガイド１６４、レジストローラ１６５なども配置されている。
The
この構成では、トナー通過を制御するトナー制御手段４と通過後のトナーを記録紙１５０に導くためのバイアスを印加する背面電極１３１の間にポリイミド等の紙搬送ベルト１６１及び記録紙１５０があるため、トナー制御手段４と背面電極１３１の間隔を非常に狭く設定することが難しいが、他方、記録紙１５０上に直接カラー画像を形成し、転写プロセスがないため、転写によるトナー散りで画質低下することがなくなる。
In this configuration, there is a
また、前記図１６で説明した構成のようなベルトクリーニング機構を必要としないこと等もあり、小型、低コストの画像形成装置の実現に有利である。トナーをクラウド化する本構成では、印写面バイアスを低い設定にしてトナーを導くことも可能であるため、紙面へのトナーの着弾スピードも低く設定でき、トナーの散りが起きない高画質の画像形成装置を得ることができる。 Further, the belt cleaning mechanism as in the configuration described with reference to FIG. 16 is not necessary, which is advantageous for realizing a small and low-cost image forming apparatus. In this configuration where the toner is made into a cloud, it is possible to guide the toner by setting the printing surface bias low, so that the landing speed of the toner on the paper surface can also be set low, and a high quality image that does not cause toner scattering. A forming device can be obtained.
次に、上述した画像形成装置で用いるトナー担持体の他の例について図１８を参照して説明する。なお、図１８（ａ）はトナー担持体を展開した状態で示す模式的平面説明図、図１９（ｂ）は同じく模式的断面説明図である。
この例は、３相進行波電界を形成するトナー担持体の例である。トナー担持体１０１は、絶縁性基材１０１Ａ上にＡ相、Ｂ相の電極１１１Ａ、１１１Ｂ、その上層に絶縁層１０１Ｃを形成した後Ｃ相電極１１１Ｃを形成し、このＣ相電極１１１Ｃの上に表面保護層１０１Ｂを設けている。
Next, another example of the toner carrier used in the above-described image forming apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 18A is a schematic plan view illustrating the toner carrying member in a developed state, and FIG. 19B is a schematic cross-sectional view illustrating the same.
This example is an example of a toner carrier that forms a three-phase traveling wave electric field. The
各ＡＢＣ３相の電極１１１Ａ，１１１Ｂ、１１１Ｃは、トナーの搬送方向と直交する方向に微細なピッチに並行に設け、両サイドには共通のバスライン１１１Ａａ，１１１Ｂａ、１１１Ｃａで外部の図示しない３相パルス発生回路にそれぞれ接続されている。
Each ABC 3-
この３相進行波電界を用いる場合は、図１９に示すように、１周期で１２０°位相がシフトしたパルス電圧を順次印加することで、トナー担持体１０１表面にはパルスの切り替わりに伴って電界も順次シフトする進行波電界が発生し、電界が切り替わる方向に帯電トナーは上方への飛翔を繰り返すと同時に搬送されるため、基本的にトナー担持体１０１は回転しないで静止したままで良い。
In the case of using this three-phase traveling wave electric field, as shown in FIG. 19, by sequentially applying a pulse voltage whose phase is shifted by 120 ° in one cycle, the electric field is applied to the surface of the
このように、トナー担持体表面のトナーを飛翔させてクラウド化する手段が、トナー担持体表面にトナーの搬送方向と直交する方向に長く延びて所定の間隔で配設された複数の電極を有し、ｎ本毎の各電極にｎ相の位相電圧を印加して電極相互の間で進行波電界を形成することでトナーの搬送とクラウド化を行う構成とすることで、トナー担持体表面のトナーの搬送に関して、トナー搬送を行う部分が回転駆動を必要としないため、平面的なベルト形状も可能となり、レイアウトの自由度から装置全体の小形化、低コスト化が可能となる。 As described above, the means for flying the toner on the surface of the toner carrying member to form a cloud has a plurality of electrodes arranged on the surface of the toner carrying member so as to extend in a direction perpendicular to the toner conveying direction and at predetermined intervals. In addition, by applying a phase voltage of n phase to each n electrodes and forming a traveling wave electric field between the electrodes, the toner is conveyed and clouded, so that With respect to toner conveyance, the toner conveying portion does not require rotational driving, and thus a planar belt shape is possible, and the entire apparatus can be reduced in size and cost due to the freedom of layout.
また、長期間の使用に際し、電極表面にはトナーの外添剤等微細な粒子が堆積する場合は、画像形成の時間以外に行うクリーニングモードのシーケンスによって、トナー担持体１、１０１表面をクリーニングすることで搬送の信頼性が確保できる。クリーニングは、クリーニングモードの時のみトナー担持体１、１０１表面に接する構成で、回転ブラシ、ブレート、吸引スリット等でクリーニングを行う。電極１１１Ａ，１１１Ｂ、１１１Ｃに印加するパルス電圧は、前記と同様に、周波数が０．５ＫＨｚ〜７ＫＨｚ、ＤＣ電圧をバイアスに含むパルス電圧であるが、その波高値は±６０〜±３００Ｖ等、電極幅、電極間隔に応じたパルスを印加する。
In addition, when fine particles such as an external additive of toner are deposited on the electrode surface during long-term use, the surfaces of the
上述したトナー担持体１、１０１の具体的構成において、ベース基板である絶縁性基板１０１Ａは、例えば、樹脂或いはセラミックス等の絶縁性材料からなるもの、或いは、アルミなどの導電性材料からなる基材にＳｉＯ２等の絶縁膜を成膜したもの、ポリイミドフィルムなどのフレキシブルに変形可能な材料からなるものなどを用いることができる。また、電極１１１は、ベース基板上にＡｌ、Ｎｉ−Ｃｒ等の導電性材料を０．１〜１μｍ厚さで成膜し、フォトリソ技術等を用いて所要の電極形状にパターン化して形成、または銅箔を積層、メッキ等で形成した後フォトリソでパターン化してもよい。
In the specific configuration of the
表面保護層１０１Ｂとしては、例えば、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＴｉＮ、Ｔａ２Ｏ５などを厚さ０．５〜２μｍで蒸着成膜して形成、またはポリカーボネート、ポリイミド、メチルメタアクリレート等の有機材料を２〜１０μｍ厚に薄膜印刷塗布して加熱硬化したものでもよい。
As the surface
このように構成したトナー担持体においては、駆動回路から飛翔用のパルスを印加して飛翔電界を形成することで、トナー担持体上の帯電したトナーは反発力及び／又は吸引力を受けて上下方向への飛翔、進行波方向への搬送が行われる。 In the toner carrier configured as described above, a flying pulse is applied from the drive circuit to form a flying electric field, so that the charged toner on the toner carrier receives a repulsive force and / or suction force and moves up and down. Flight in the direction and transport in the traveling wave direction are performed.
次に、上記画像形成装置におけるトナー供給ユニット１００の具体的な構成の一例について図２０を参照して説明する。
このトナー供給ユニット１００は、磁性キャリアと非磁性トナーから成る二成分記録剤を用いる例である。記録剤収容部２０１は２つの室２０１Ａ、２０１Ｂに分けられており、トナー供給ユニット１００内の両端部の記録剤通路（図示せず）によって繋がっている。記録剤収容部２０１には二成分記録剤が収容されており、各室２０１Ａ、２０１Ｂにある攪拌搬送スクリュー２０２Ａ、２０２Ｂによって攪拌されながら記録剤収容部２０１内を搬送されている。
Next, an example of a specific configuration of the
This
記録剤収容部２０１の室２０１Ａにはトナー補給口２０３が配置されており、図示しないトナー収容部からトナー補給口２０３を通って、記録剤収容部２０１内に補給される。記録剤収容部２０１には記録剤の透磁率を検知する図示しないトナー濃度センサが設置されており、記録剤の濃度を検知している。記録剤収容部２０１のトナー濃度が減少すると、トナー補給口２０３から記録剤収容部２０１内にトナーが補給される。
A
そして、攪拌搬送スクリュー２０２Ｂと対向する位置には、トナー補給ローラとしてのマグブラシローラ２０４が配置されている。マグブラシローラ２０４の内部には固定された磁石が配置されおり、マグブラシローラ２０４の回転と磁力によって、記録剤収容部２０１内の記録剤はマグブラシローラ２０４表面に汲み上げられる。記録剤の汲み上げ位置よりマグブラシローラ２０４の回転方向上流において、マグブラシローラ２０４と対向する位置に記録剤層規制部材２０５が設けられている。
A
汲み上げ位置で汲み上げたれた記録剤は記録剤層規制部材２０５によって一定量の記録剤層厚に規制される。記録剤層規制部材２０５を通った記録剤はマグブラシローラ２０４の回転に伴って、トナー担持体１（又は１０１）と対向する位置まで搬送される。マグブラシローラ２０４には、第一電圧印加手段２１１によって供給バイアスが印加されている。
The recording agent pumped up at the pumping position is regulated to a certain amount of recording agent layer by the recording agent
トナー担持体１（又は１０１）には、第二電圧印加手段２１２によって前述した図３（又は図１９）に示す電圧が電極１１１に印加されている。マグブラシローラ２０４と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２１１、２１２によってトナー担持体１（又は１０１）とマグブラシローラ２０４との間に電界が生じている。その電界からの静電気力を受け、トナーはキャリアから分離し、トナー担持体１０１表面に移動する。トナー担持体１（又は１０１）表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２１２から電極１１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１（又は１０１）の回転、またはトナー担持体１０１の進行波電界によって搬送される。
To the toner carrier 1 (or 101), the voltage shown in FIG. 3 (or FIG. 19) is applied to the
そして、トナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、制御電極４２のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体手段側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
Then, the toner conveyed to a position facing the toner control unit 104 is selectively jumped to the recording medium unit side by the control electric field of toner control ON / OFF of the
次に、上記画像形成装置におけるトナー供給ユニット１００の具体的な構成の一例について図２１を参照して説明する。
このトナー供給ユニット１００は、非磁性トナーから成る一成分記録剤を用いる例である。トナーは記録剤収容部２０１に収容されており、帯電ローラ２２０によってトナーはトナー補給ローラ１１３と摩擦帯電を行い、静電気力によってトナー補給ローラ１１３上に汲み上げられる。トナー補給ローラ１１３上のトナーは記録剤層規制部材１１４によって薄層とされ、トナー補給ローラ１１３の回転に伴ってトナー担持体１（又は１０１）と対向する位置に搬送される。
Next, an example of a specific configuration of the
The
このとき、トナー補給ローラ１１３には、第一電圧印加手段２２１によって供給バイアスが印加されている。トナー担持体１（又は１０１）には、第二電圧印加手段２２２によって電極１１１に電圧が印加されている。したがって、トナー担持体１（又は１０１）と対向する位置においては、第一、第二電圧印加手段２２１、２２２によってトナー担持体１（又は１０１）とトナー補給ローラ１１３との間に電界が生じ、その電界からの静電気力を受け、トナーはトナー補給ローラ１１３から分離し、トナー担持体１（又は１０１）表面に移動する。
At this time, a supply bias is applied to the
前記の例と同様に、トナー担持体１（又は１０１）表面に達したトナーは、第二電圧印加手段２２２から電極１１１に印加された電圧が形成する電界によってクラウド化し、トナー担持体１（又は１０１）の回転、またはトナー担持体１（又は１０１）の進行波電界によって搬送される。
Similar to the above example, the toner reaching the surface of the toner carrier 1 (or 101) is clouded by the electric field formed by the voltage applied from the second voltage applying means 222 to the
そして、トナー制御手段１０４と対向する位置まで搬送されたトナーは、制御電極４２のトナー通過ＯＮ／ＯＦＦの制御電界により選択的に記録媒体手段側に飛翔されて、トナーのドット印写が制御される。
Then, the toner conveyed to a position facing the toner control unit 104 is selectively jumped to the recording medium unit side by the control electric field of toner control ON / OFF of the
なお、これらの各トナー供給ユニット１００において、印写に寄与しなかったトナーはトナー担持体１（又は１０１）によってさらに搬送され、図示しない回収手段によってトナー担持体１（又は１０１）表面から回収される。回収されたトナーは再び記録剤収容部２０１に戻され、トナー供給ユニット１００内を循環する。
In each of these
なお、上記の説明では主に負帯電トナーを例にしているが、正帯電トナーを用いることもできる。 In the above description, mainly negatively charged toner is taken as an example, but positively charged toner can also be used.
１…トナー担持体
３…記録媒体手段
４…トナー制御手段
４１…トナー通過穴
４２…制御電極
４３…共通電極
１００…トナー供給ユニット
１０１…トナー担持体
１０３…中間転写記録体
１０４…トナー制御手段
１１１…電極
１５０…記録紙
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記トナーが付着させられる記録媒体手段と、
前記トナー担持体と前記記録媒体手段との間に配置された複数のトナー通過穴と、このトナー通過穴の周囲及び穴内壁の少なくともいずれかに前記トナーの通過を制御する制御電極が設けられたトナー制御手段と、
連続ドットを印写するときに前記トナー制御手段の制御電極に対して繰り返し周期Ｔｃの制御パルスを印加する手段と、
前記トナー担持体の電極に対して、ｎ相の周期Ｔｓのパルス状電圧であって、前記制御パルスの繰返し周期Ｔｃとの関係で、Ｔｃ＞Ｔｓ／ｎの関係になる前記パルス状電圧を印加する手段と、を備えている
ことを特徴とする画像形成装置。 It has a plurality of electrodes arranged at predetermined intervals on the surface side that carry toner and carry it in the form of a cloud, and the relationship in which the toner is sucked and repelled alternately between adjacent electrodes A toner carrier to which an n-phase pulse voltage is applied;
A recording medium means to which the toner is attached;
A plurality of toner passage holes arranged between the toner carrier and the recording medium means, and a control electrode for controlling the passage of the toner are provided at least around the toner passage hole and the inner wall of the hole. Toner control means;
Means for applying a control pulse having a repetition period Tc to the control electrode of the toner control means when printing continuous dots;
The pulsed voltage having an n-phase period Ts and a relationship of Tc> Ts / n in relation to the repetition period Tc of the control pulse is applied to the electrode of the toner carrier. an image forming apparatus characterized by comprising: means, a to.
前記トナー担持体に平均電位Ｖｓのパルス状電圧の電圧を印加し、
前記トナー制御手段の制御電極に対し前記トナーが前記トナー通過穴を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、前記トナーが前記トナー通過穴を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、前記共通電極に電圧Ｖｇを印加し、
前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段に導いてトナーを付着させるために前記記録媒体手段側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、
前記トナーを通過可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞Ｖｓ＞Ｖｇ
であって、前記トナーが負帯電トナーの場合は前記バイアス電圧Ｖｐがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は前記バイアス電圧Ｖｐがマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1, wherein the toner control unit is provided with a common electrode common to the plurality of toner passage holes outside the control electrode,
Applying a pulse voltage having an average potential Vs to the toner carrier,
The voltage Vc-on is set when the toner is allowed to pass through the toner passage hole with respect to the control electrode of the toner control means, and the voltage Vc is set when the toner is not allowed to pass through the toner passage hole. -off is applied, voltage Vg is applied to the common electrode,
When a bias voltage Vp is applied to the recording medium means side in order to guide the toner that has passed through the toner control means to the recording medium means to adhere the toner,
The relationship between the potentials when the toner is allowed to pass is as follows:
Vp>Vc-on>Vs> Vg
The bias voltage Vp is increased to the positive potential side when the toner is a negatively charged toner, and the bias voltage Vp is set to be increased to the negative potential side when the toner is a positively charged toner. Image forming apparatus.
Ｖｓ＞Ｖｇ であり、且つ、Ｖｓ＞Ｖｃ-off
であって、前記トナーが負帯電トナーの場合は前記平均電位Ｖｓがプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は前記平均電位Ｖｓがマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 2, wherein the relationship between the potentials when the toner cannot pass through the toner passage hole is as follows:
Vs> Vg and Vs> Vc-off
When the toner is a negatively charged toner, the average potential Vs is increased to the positive potential side. When the toner is a positively charged toner, the average potential Vs is increased to the negative potential side. Image forming apparatus.
前記トナー担持体の平均電位Ｖｓのパルス状電圧を印加し、
前記トナー制御手段の制御電極に対し前記トナーが前記トナー通過穴を通過可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-onを、前記トナーが前記トナー通過穴を通過不可能な状態にするときに電圧Ｖｃ-offを印加し、前記共通電極に電圧Ｖｇを印加し、
前記トナー制御手段を通過したトナーを前記記録媒体手段側に導いてトナーを付着させるために前記記録媒体手段側にバイアス電圧Ｖｐを印加するとき、
前記トナー担持体の表面に前記トナーが存在している状態で、前記トナー制御手段の制御電極側から前記トナー担持体側を見たときの前記トナーによる電位をＶｔとすると、
前記トナーが前記トナー通過穴を通過可能な状態にするときの各電位の関係は、
Ｖｐ＞Ｖｃ-on＞（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ
であって、前記トナーが負帯電トナーの場合は前記（Ｖｓ＋Ｖｔ）がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は前記（Ｖｓ＋Ｖｔ）がマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。 The image forming apparatus according to claim 1.
Applying a pulsed voltage having an average potential Vs of the toner carrier;
The voltage Vc-on is set when the toner is allowed to pass through the toner passage hole with respect to the control electrode of the toner control means, and the voltage Vc is set when the toner is not allowed to pass through the toner passage hole. -off is applied, voltage Vg is applied to the common electrode,
When a bias voltage Vp is applied to the recording medium means side in order to guide the toner that has passed through the toner control means to the recording medium means side to adhere the toner,
When the toner is present on the surface of the toner carrier, the potential of the toner when the toner carrier is viewed from the control electrode side of the toner control means is Vt.
The relationship between each potential when the toner is allowed to pass through the toner passage hole is as follows:
Vp>Vc-on> (Vs + Vt)> Vg
When (Vs + Vt) is a negatively charged toner, the (Vs + Vt) is increased to the positive potential side. When the toner is a positively charged toner, (Vs + Vt) is set to be increased to the negative potential side. Image forming apparatus.
（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｇ であり、且つ、（Ｖｓ＋Ｖｔ）＞Ｖｃ-off
であって、前記トナーが負帯電トナーの場合は前記電位（Ｖｓ＋Ｖｔ）がプラス電位側に高くなる関係、正帯電トナーの場合は前記電位（Ｖｓ＋Ｖｔ）がマイナス電位側に高くなる設定であることを特徴とする画像形成装置。 5. The image forming apparatus according to claim 4, wherein the relationship between the potentials when the toner cannot pass through the toner passage hole is as follows:
(Vs + Vt)> Vg and (Vs + Vt)> Vc−off
When the toner is a negatively charged toner, the potential (Vs + Vt) is increased to the positive potential side, and when the toner is a positively charged toner, the potential (Vs + Vt) is set to be increased to the negative potential side. An image forming apparatus.
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