JPH10337897A

JPH10337897A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH10337897A
Application number: JP15107097A
Authority: JP
Inventors: Masataka Maeda; 昌孝前田
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】トナー固着を生ずることなく、濃度むらのな
い画像が形成できる画像形成装置を提供すること。【解決手段】プリントヘッド１は、ベース２の裏側
のアパチャ列近傍に、５μｍ程度の円弧状の盛り上がり
である摺動部７が、プリントヘッド１の長手方向に延び
るように形成して構成されており、その摺動部７におい
てトナー担持ローラ１４上のトナー１６と摺動するよう
に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、プリン
タ、ファクシミリ、プロッタなどに適用される画像形成
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、トナー流路を有した電極に画像信
号を印加することによりトナー粒子の通過を制御して記
録媒体上に画像を得る画像形成装置が、特開平６−２５
５１６３号公報に、また、トナー流路として開孔（以下
アパチャと呼ぶ）を用いたものが、特開平６−１５５７
９８号公報等において開示されている。

【０００３】前記従来の画像形成装置は、トナー流路を
列状に配置すると共に、各トナー流路に対応した制御電
極を備えた絶縁性シートからなるプリントヘッドと、荷
電体としてのトナーを担持するトナー担持ローラとを備
え、プリントヘッドを、その一側面がトナー流路列近傍
でトナー担持ローラの周面と接触するように配置すると
共に、制御電極に対して画像データに応じた電圧（以
下、制御電圧と称する）を印加することによって、帯電
したトナーのトナー流路通過を制御し、プリントヘッド
を挟んで前記トナー担持ローラと反対側に配置された記
録媒体にトナー像を形成するように構成されている。

【０００４】この画像形成装置によれば、トナー担持ロ
ーラ上のトナーとプリントヘッドとは、トナー流路の近
傍で接触しているので、そのトナー流路の近傍に付着し
てトナーの流れを妨げるトナーを、後から搬送されてく
るトナーで擦ることにより、トナーの流れが妨げられる
ことがない。

【０００５】通常、トナー担持ローラの表面上に担持さ
れつつ前記トナー流路に向けて供給されるトナーは、ト
ナー担持ローラの表面に対して、トナーの帯電による鏡
像力の他、ファンデルワールス力その他の物理的な力で
付着しているので、そのトナーを、制御電圧によりトナ
ー流路内に形成される電界（以下、制御電界と称する）
のみによって、前記表面から引き離すためには、非常に
大きな制御電圧を必要とする。

【０００６】ところが、前記構成の画像形成装置によれ
ば、トナー担持ローラ上に担持されたトナーがトナー流
路近傍でプリントヘッドと摺動することにより機械的な
力を受け、トナー担持ローラとの付着力から解放され
る。よって、小さな電圧でトナーのトナー流路通過を制
御できる。加えて、プリントヘッドとトナー担持ローラ
上のトナーとが接触するように配置することは、プリン
トヘッド上の制御電極とトナー担持ローラ間とが極めて
近接することになり、小さな電圧で強い電界を得られ、
より小さな電圧で高いコントラストが得られることにつ
ながる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
画像形成装置では、前記のようなトナー担持ローラ、プ
リントヘッド、及びトナーの摺動状態を形成するため
に、図３に示すように、フィルム状のプリントヘッド１
を、予め張力を与えた状態でトナー担持ローラ１４に押
しつけ、プリントヘッド１のたわみ角（図３において１
８０−θに相当する）が数度程度となるように配置され
ている。したがって、プリントヘッド１とトナー担持ロ
ーラ１４とは、図３に示す接触部３７において所定の幅
をもって互いに圧接していたが、この接触部３７におけ
る接触圧に、以下のような分布が生じるために、画像形
成時に重大な問題が生じた。

【０００８】図４におけるグラフａ、ｂ及びｃは、均一
な厚さのポリイミドフィルムに所定の予張力を与え、こ
れをローラ部材に押し当てたときに生ずる接触圧の分布
を示した図であり、前記ポリイミドフィルムの厚さが
５、２５、及び５０μｍの場合について有限要素法によ
り計算した結果を示すものである。尚、図４の横軸は、
図３の接触部３７の中心を「センター」とした場合の、
そのセンターからの距離を示すものであり、前記接触部
３７における接触圧は図３における左右で対称となるこ
とから、図４においてはその一方を省略して記載した。
したがって、図４における横軸が「０．０」の位置は、
図３において、前記接触部３７の、アパチャ６の中心直
下に対応する位置に相当する。

【０００９】この図から明らかなように、ポリイミドフ
ィルムが厚いほど、剛性が高いために、接触部３７の幅
（図４のグラフにおける、接触圧が０になるまでの距離
の２倍に相当する。以下、接触幅と称する）が狭くなる
と同時に、その両端に発生する接触圧のピークが高くな
る。

【００１０】したがって、画像形成装置内においても、
プリントヘッド１の基材であるポリイミド等の合成樹脂
フィルムの有する剛性のため、図４に示すグラフａ、
ｂ、ｃのような、接触部３７の両端部に接触圧のピーク
が発生しており、その結果、トナー担持ローラ１４上の
トナーは、このピーク位置において大きな接触圧を受け
ながらトナー流路に搬送されるので、長期間の使用によ
って、トナーがトナー担持ローラ１４やプリントヘッド
１に固着し、トナーの搬送を妨げることがあった。その
結果、形成画像に濃度むらが生じる問題が生じた。

【００１１】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、トナー固着を生ずることなく、
濃度むらのない画像が形成できる画像形成装置を提供す
ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の請求項１に記載の画像形成装置は、荷電体
流路及び制御電極を有する荷電体流制御手段と、荷電体
を荷電体制御手段に供給する荷電体担持手段とを備えた
ものを対象として、特に、荷電体流制御手段が荷電体担
持手段上の荷電体に対して接触するように配置され、か
つ前記荷電体流制御手段の荷電体との接触部が、前記荷
電体担持手段側に突出する凸形状に構成されたことを特
徴としている。

【００１３】すなわち、前記荷電体流制御手段における
凸形状の前記接触部を荷電体担持手段に接触させること
によって、荷電体を通過部に供給し、その荷電体の通過
を制御して、前記荷電体担持手段とは荷電体流制御手段
を挟んで反対側に位置する記録媒体上に荷電体を飛翔さ
せることにより画像を形成する。

【００１４】また、請求項２に記載の画像形成装置は、
前記接触部を、その中央が厚く、かつ端に向かって薄く
なるように構成したことを特徴としている。そして、よ
り好ましくは、前記接触部の最も厚い中央部の近傍に前
記荷電体流路が配設されるように構成される。

【００１５】さらに、請求項３に記載の画像形成装置
は、前記接触部における凸形状の頂点が、荷電体流路に
対して、トナー供給方向における上流側に配置されるよ
うに構成したことを特徴としている。すなわち、前記接
触部における凸形状の頂点が、前記荷電体流路よりもト
ナー供給方向における上流側になるように前記荷電体流
制御手段が構成される。

【００１６】そして、請求項４に記載の画像形成装置
は、前記接触部における凸形状を、前記荷電体流制御手
段の本体と一体に形成したことを特徴としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。

【００１８】図１は、本実施の形態の画像形成装置の概
略構成図であり、その下部にトナー供給装置１０が設け
られると共に、トナー供給装置１０の上部には、トナー
流の制御を行うための荷電体流制御手段としてのプリン
トヘッド１が設けられる。このプリントヘッド１の上方
には、およそ１ｍｍの間隔を保持して、背面電極ローラ
２２が回転可能に配設される。また、プリントヘッド１
と背面電極ローラ２２との間隙には、背面電極ローラ２
２の図１に示す矢印Ｄ方向への回動によって、さらに
は、搬送ローラ１９の回転等によって、記録媒体２０
が、図１に示す矢印Ｃ方向に搬送されるとともに、その
搬送先には、一対の加圧ローラと加熱ローラとからなる
熱定着装置２６が配設される。尚、この熱定着装置２６
は、加熱定着方式や圧力定着方式のいずれのタイプのも
のでも置き換え可能である。

【００１９】次に、前記各構成要素の詳細を説明する
と、先ず、前記トナー供給装置１０は、図１に示したよ
うに、装置全体のハウジングを兼ねるトナーケース１１
が設けられ、そのトナーケース１１内に、荷電体として
の、望ましくは絶縁性のトナー１６が収納されるととも
に、トナー１６を担持してプリントヘッド１に向かって
搬送するための円筒形のトナー担持ローラ１４が設けら
れる。尚、トナー担持ローラ１４は本発明の荷電体担持
手段を構成するものである。

【００２０】また、トナー担持ローラ１４の左斜め下方
には、トナーケース１１に収容されているトナー１６を
トナー担持ローラ１４に給送する円筒形の供給ローラ１
２が、図１に示す矢印Ａ方向に回転可能に設けられる。
そして、供給ローラ１２とトナー担持ローラ１４とは、
それらの円筒面が互いに圧接するように、互いに平行に
配設される。

【００２１】また、トナーケース１１内において前記供
給ローラ１２の上方には、トナー担持ローラ１４により
担持されるトナー１６の量をトナー担持ローラ１４のロ
ーラ面上で均一になるように調整すると共に、そのトナ
ー１６を均一に帯電させるための層規制ブレード１８が
設けられ、その層規制ブレード１８は、トナー担持ロー
ラ１４にその一端が圧接されている。

【００２２】前記プリントヘッド１は、例えば、厚さ２
５μｍ程度のポリイミド製の絶縁性のベース２から構成
され、そのベース２には、図２に示したように、直径６
０μｍ程度の荷電体流路としてのアパチャ６が、プリン
トヘッド１の長手方向に一列に形成されている。

【００２３】前記ベース２の裏側におけるアパチャ６の
配列の近傍には、５μｍ程度の円弧状の凸形状部分であ
る、接触部としての摺動部７が設けられ、その摺動部７
は、前記アパチャ６の中心位置がその凸形状の頂点とな
るように、かつプリントヘッド１の長手方向でその高さ
が一定になるように形成されている。

【００２４】前記凸形状の摺動部７は、例えば、インク
状ポリイミドを所定の型に流し込むキャスティング法
や、感光性ポリイミドインクに対して露光を調整しなが
らフィルム形成する方法等により、ベース２と一体に構
成してもよいし、一定の厚みのポリイミドフィルムであ
るベース２の上に感光性又は熱硬化性ポリイミドインク
を塗布して前期摺動部７を形成してもよい。

【００２５】また、ベース２の表側のアパチャ６の周囲
には、厚さ５μｍ程度の銅、あるいは、金等の導電性金
属パターンからなる制御電極４が各アパチャ６の縁を囲
むように形成されている。

【００２６】そして、プリントヘッド１は、図５（ａ）
に示したように、トナー担持ローラ１４に対してベース
２の摺動部７が所定の圧力で接するように、所定のテン
ションを加えられながらトナーケース１１に対して取り
付けられる。

【００２７】前記プリントヘッド１の制御電極４は、Ｉ
Ｃ等の駆動素子８に各々接続されている。前記駆動素子
８は、図示しない画像信号受信手段から送られてくる画
像信号に基づき、制御電極４に対して、＋３０Ｖ／０
Ｖ、もしくは＋３０Ｖ／−３０ＶのＯＮ／ＯＦＦ電圧を
印加するように構成されている。尚、図示しない画像信
号受信手段は、外部のコンピュータや画像読取装置や画
像通信装置等に接続されている。

【００２８】さらに、前記背面電極ローラ２２には、図
示しない直流電源が接続されており、この直流電源は、
前記各背面電極ローラ２２に対して＋１ｋＶの電圧を印
加し得るようになっている。

【００２９】次に、上述のように構成される画像形成装
置の動作を説明する。

【００３０】先ず始めに、供給ローラ１２が図１に示す
矢印Ａ方向に回動することにより、トナーケース１１内
に収容されているトナー１６は、トナー担持ローラ１４
に向けて搬送される。そして、供給ローラ１２により前
記トナー担持ローラ１４に供給されたトナー１６は、層
規制ブレード１８によって均一にならされ、薄く均一な
厚みのトナー層となって担持されると共に、層規制ブレ
ード１８に擦られながら所定の極性、ここでは負極性
（マイナス）に帯電させられる。さらに、トナー担持ロ
ーラ１４上で薄層化されたトナー１６は、トナー担持ロ
ーラ１４に担持されたまま、トナー担持ローラ１４が矢
印Ｂ方向に回転するに伴って、プリントヘッド１に向け
て搬送される。その結果、一定量のトナー１６が、プリ
ントヘッド１とトナー担持ローラ１４との間に誘導され
る。

【００３１】前記層規制ブレード１８を経た前記トナー
１６は、トナー担持ローラ１４の回動に伴って、トナー
担持ローラ１４とプリントヘッド１との間に誘導され
る。そして、トナー担持ローラ１４上のトナー１６は、
トナー担持ローラ１４とプリントヘッド１のベース２に
おける摺動部７とに挟まれ、この部分における摺動でト
ナー１６が転動し、トナー担持ローラ１４とトナー１６
との付着力が緩和された状態で、プリントヘッド１のア
パチャ列近傍に供給される。

【００３２】制御電圧は次のように与えられる。

【００３３】例えば、画像信号に応じて、その画像部に
対応する制御電極４に対し、制御駆動素子８から＋３０
Ｖの正電圧が印加されると、その制御電極４に対応する
アパチャ６の近傍には、制御電極４とトナー担持ローラ
１４との間の電位差により、制御電極４よりトナー担持
ローラ１４に向かう電気力線が形成される。それによ
り、負極性に帯電されているトナー１６は電位の高い方
向に静電力を受け、トナー担持ローラ１４上からアパチ
ャ６を通過して制御電極４側に引き出される。この引き
出されたトナー１６は、さらに、背面電極ローラ２２に
印加されている＋１ｋＶの高電圧によって、記録媒体２
０とアパチャ電極体１との間に形成される電界により、
記録媒体２０に向かって飛翔し、その記録媒体２０上に
堆積してドット状の画素を形成する。

【００３４】また、非画像部に対応する制御電極４に
は、駆動素子８から０Ｖ、あるいは−３０Ｖの負電圧が
印加される。その結果、トナー担持ローラ１４と制御電
極４との間には、制御電極４よりトナー担持ローラ１４
に向かう電界が形成されず、トナー１６はアパチャ６を
通過し得ない。しかも、このとき、−３０Ｖの負電圧が
印加されるようにした場合は、トナー担持ローラ１４よ
りも低い電圧が制御電極４に印加されるため、それらの
間に前記画像部に対応する電界とは逆の電界が形成され
ることとなり、トナー１６のアパチャ６通過を効果的に
抑止できる。よって、よりカブリの少ない画像が形成さ
れることとなる。

【００３５】一方、プリントヘッド１と背面電極ローラ
２２との間隙を通って搬送される記録媒体２０は、その
面上にトナー１６による前記アパチャ６の１列分の画素
が形成される間に、アパチャ６の列と直交する方向に１
画素分送られる。そして、上記のプロセスを繰り返すこ
とにより、記録媒体２０の全面にトナー像が形成され
る。その後、記録媒体２０に形成されたトナー像は、熱
定着装置２６によって記録媒体２０上に定着される。

【００３６】上述した画像形成プロセスにおいて、前記
摺動部７は、その凸形状の頂点がアパチャ６の中心の近
傍となるように構成されているので、その部分における
接触圧が最大となる。したがって、前記構成によれば、
搬送されてきたトナー１６をトナー担持ローラ１４上で
転動させて良好な記録特性を得るために必要かつ十分な
接触圧が、摺動部７におけるアパチャ６の近傍のみにお
いて得られると同時に、前記摺動部７の記録に関与しな
いその他の部分、特に接触部両端において不要な接触圧
ピークが発生しないため、トナー１６の固着が発生する
ことがない。

【００３７】ここで、図５（ａ）に示した摺動部７の形
態による接触圧分布を有限要素法で計算した結果を、従
来のプリントヘッドの場合と比較する。尚、この場合の
計算条件としては、プリントヘッドとして、厚さ２５μ
ｍのポリイミドフィルムを用い、これに３．３８ｇｆ／
ｍｍの張力を与え、直径２０ｍｍのローラに対して、プ
リントヘッドの前記たわみ角（図３における１８０−θ
に相当）が１１度となるように圧接した場合を採用し
た。

【００３８】前記条件で、図５（ａ）、及び従来（均一
な厚み）のプリントヘッドによる接触圧の計算をした結
果、前者は図４におけるグラフｄのようになり、後者は
グラフｂのようになった。この図から明らかなように、
従来のプリントヘッドでは、接触幅が広く、しかもその
端部である、アパチャ中心から０．８ｍｍ離れた地点に
接触圧のピークがあったのに対し、本実施の形態におけ
る図５（ａ）のプリントヘッドでは、接触幅がアパチャ
のごく近傍のみに限られ、しかも接触幅全体にわたって
均一な接触圧が得られる。

【００３９】尚、本発明は、以上に詳述した実施の形態
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
において、種々の変更を加えることが可能である。

【００４０】例えば、前記実施の形態においては、プリ
ントヘッドのアパチャ近傍のみを厚くした、図５（ａ）
の形態のものを用いたが、図５（ｂ）に示すように、接
触部の端と想定される部分に溝が形成されたものでも良
い。この場合、均一な厚みのフィルムをエキシマレーザ
ー等で溝加工する等簡単に加工できる長所がある。

【００４１】また、接触部の凸部の中央は、アパチャ中
央とは限らず、例えば、図５（ｃ）のように、アパチャ
に対するトナー供給方向における上流側に設けても良
い。この場合、供給トナーは上流側で擦られ転動しアパ
チャ下に供給される。アパチャを通過しないトナーは、
下流側ではプリントヘッドと接触しないため、トナーが
スムーズに搬送される長所がある。

【００４２】また、前記実施の形態においては、プリン
トヘッドとして円形アパチャを備えたものを示したがこ
れは、例えば、三角形、あるいは四角形等の角形のアパ
チャであってもよいし、特表平１−５０３２２１号公報
に記載されるようなメッシュ状の電極体を用いることも
可能である。また、特開平６−２５５１６３号公報に記
載されるような、アパチャを持たないエッジ状のプリン
トヘッドにも適用できる。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したことから明かなように、
本発明の請求項１に記載の画像形成装置によれば、荷電
体流制御手段と荷電体担持手段との接触圧力を均一にす
ることにより、トナー固着その他の画像形成上の不具合
を生ずることがなく、しかも濃度むらのない画像形成が
可能な画像形成装置を提供することができる。

【００４４】また、請求項２に記載の画像形成装置によ
れば、荷電体流制御手段に対して、凸形状の接触部を容
易で低コストに形成することができる。

【００４５】さらに、請求項３に記載の画像形成装置に
よれば、荷電体の供給方向における下流側では荷電体流
制御手段と荷電体担持手段との接触が起こらないないた
め、荷電体の荷電体流路に対するスムーズな供給が達成
される。

【００４６】そして、請求項４に記載の画像形成装置に
よれば、前記凸形状の接触部が荷電体流制御手段と一体
に形成されているため、長時間にわたって画像形成を行
った場合であっても、前記接触部が離脱して画像形成装
置内で不具合を生じる問題が発生せず、常に良好な画像
形成を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の画像形成装置を示す概略
構成図である。

【図２】前記画像形成装置に搭載されるプリントヘッド
の構成図である。

【図３】プリントヘッドとトナー担持ローラとの配置を
示す図である。

【図４】接触圧分布を示すグラフを示した図である。

【図５】本発明に用いられるプリントヘッドの概略を説
明する断面図である。

【符号の説明】

１プリントヘッド２ベース４制御電極６アパチャ７摺動部８駆動素子１４トナー担持ローラ１６トナー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電体の通過する荷電体流路、及び前記
荷電体の通過を制御するために配列形成された複数の制
御電極を有する荷電体流制御手段と、その荷電体流制御
手段に対して荷電体を供給する荷電体担持手段とを備
え、その荷電体担持手段によって供給される荷電体の通
過を前記荷電体流制御手段により制御して、前記荷電体
担持手段とは荷電体流制御手段を挟んで反対側に位置す
る記録媒体上に荷電体を飛翔させることにより画像を形
成する画像形成装置において、前記荷電体流制御手段は、前記荷電体担持手段上の荷電
体に対して接触するように配置され、かつその接触部に
おいて、前記荷電体担持手段側に突出する凸形状に構成
されたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記接触部は、その中央が厚く、かつ端
に向かって薄くなるように構成されたことを特徴とする
請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記接触部における凸形状の頂点が、荷
電体流路に対して、トナー供給方向における上流側に配
置されるように構成したことを特徴とする請求項１また
は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】前記接触部における凸形状を、前記荷電
体流制御手段の本体と一体に形成したことを特徴とする
請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装置。