JP3664864B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル複写機およびファクシミリ装置の印字部や、ディジタルプリンタ、プロッタ等に適用され、顕像剤を飛翔させることにより記録媒体上に画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像信号を紙等の記録媒体上に可視像として出力する画像形成装置として、例えば、特開平５−１３４５８１号公報のように、荷電粒子に電界を付与して電気力によって飛翔させ、飛翔路に配置した複数の通過孔を含む制御電極に印加する電位を変化させて記録媒体に荷電粒子を付着させることにより、画像を記録媒体上に直接形成する画像形成装置があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術においては、顕像剤の制御方法については記載されているが、以下に説明する通り多くの問題を有する。
【０００４】
上記従来技術に代表されるようなタイプの画像形成装置では、荷電粒子のゲート通過を制御する制御手段が使用されている。上記従来技術のようなタイプの画像形成装置は、ゲートと担持体の間に形成される電界制御によってトナー（顕像剤）の飛翔可否を制御し、対向電極によって形成された強電界によって記録媒体である用紙表面にトナーを到達させて画像を形成している。
【０００５】
上記の画像形成装置では、例えば、カールソンプロセスにおける転写プロセスと異なって記録媒体の裏面にトナーと逆極性の電荷を与えない。従って、記録媒体が搬送路に配置された金属上を滑るとき、画像を形成しているトナーから該金属に対して非常に大きな鏡像力が作用する。この状態で特に金属の端部では記録媒体の移動と逆方向の力が記録媒体上のトナーに対して作用するので、記録媒体上でトナーが相対的に移動して画像が擦れたようになり、画像が乱れる現像が発生している。
【０００６】
さらに、画像形成装置が複数の色のトナーを有する画像形成装置では、このような画像の乱れが発生すると複数の色のトナーが混色を起こして所定の色再現性が得られない新たな問題が発生していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、請求項１記載の画像形成装置は、少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、該軽減手段が誘電体からなる。
【０００８】
請求項２記載の画像形成装置は、少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、
前記対向電極は互いに異なる顕像剤を担持する複数の担持体のそれぞれに対向して複数配置されるとともに、前記軽減手段は複数の対向電極のそれぞれに対応して複数個配置され、各軽減手段は対応する対向電極のそれぞれが対向している担持体が担持する顕像剤の帯電特性に応じて互いに異なる傾斜角を有している。
【０００９】
請求項３記載の画像形成装置は、少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、
前記対向電極は互いに異なる顕像剤を担持する複数の担持体のそれぞれに対向して複数配置されるとともに、前記軽減手段は複数の対向電極のそれぞれに対応して複数個配置され、全ての軽減手段は前記複数の対向電極のそれぞれが対向している担持体が担持する顕像剤のそれぞれの帯電特性に最適な傾斜角のうちで最も小さい角度以下の一定の傾斜角を有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置を搭載したプリンタの断面を図１に示し、各要素について図２を用いてその概要を説明する。
尚、以下の説明においては、負帯電のトナー（顕像剤）に対応する構成を備えた画像形成装置について詳述するが、正帯電のトナーを使用する場合には、それに応じて適宜各印加電圧の極性を設定すればよい。
【００１２】
図２のように、トナー供給部２と印刷部３とを有する画像形成部１を備えている。この画像形成部１は、画像信号に応じた画像を顕像剤としてのトナーを使用して記録媒体である用紙上に顕像化するものである。つまり、本画像形成装置は、トナーを飛翔させて用紙に付着させるとともに、上記トナーの飛翔を画像信号に基づいて制御することにより、用紙上に画像を直接形成するものである。
【００１３】
上記画像形成部１への用紙の入紙側には、給紙装置１０が設けられている。給紙装置１０は、記録媒体としての用紙５を収容する用紙カセット４、この用紙カセット４から用紙５を送り出すピックアップローラ６、給紙された用紙５をガイドする給紙ガイド７からなる。また、給紙装置１０は、用紙５が供給されたことを検出する給紙センサ（図示せず）を備えている。上記ピックアップローラ６は図示しない駆動装置によって回転駆動される。
【００１４】
また、画像形成部１からの用紙の出紙側には、画像形成部１にて用紙５上に形成されたトナー像を加熱および加圧することにより、用紙５に定着させる定着部１１が設けられている。
定着部１１は、加熱ローラ１２、ヒータ１３、加圧ローラ１４、温度センサ１５、および、温度制御回路８０からなる。
【００１５】
加熱ローラ１２は例えば厚さ２ｍｍのアルミニウム管からなる。ヒータ１３は、例えばハロゲンランプからなり、加熱ローラ１２に内蔵されている。加圧ローラ１４は、例えばシリコーン樹脂からなる。そして、互いに対向して設けられた上記加熱ローラ１２および加圧ローラ１４には、用紙５を挟んで加圧することができるように、それぞれの軸の両端に図示しないスプリング等によって例えば２ｋｇの荷重が加えられている。
【００１６】
温度センサ１５は、加熱ローラ１２の表面の温度を測定する。温度制御回路８０は、主制御部によって制御されており、温度センサ１５の測定結果に基づいてヒータ１３のＯＮ／ＯＦＦ等を制御し、加熱ローラ１２の表面の温度を例えば１５０℃に保持する。
また、定着部１１は、用紙５が排出されたことを検出する排紙センサ（図示せず）を備えている。
【００１７】
尚、加熱ローラ１２、ヒータ１３、加圧ローラ１４等の材質は特に限定されるものではない。また、加熱ローラ１２の表面の温度は特に限定されるものではない。さらに、定着部１１は用紙５を加熱定着もしくは加圧することによりトナー像を定着させる構成となっていてもよい。
【００１８】
また、図示しないが、定着部１１からの用紙の排紙側には、定着部１１で処理された用紙５を排紙トレイ上に排出する排紙ローラ、および排出された用紙５を受ける排紙トレイが設けられている。上記加熱ローラ１２、加圧ローラ１４、および、排紙ローラは、図示しない駆動装置によって回転駆動される。
【００１９】
画像形成部１のトナー供給部２は、顕像剤としてのトナー２１が収容されているトナー収容槽２０、トナー２１を担持する円筒状の担持体（スリーブ）としてのトナー担持体２２、および、トナー収容槽２０が内部に設けられ、トナー２１を帯電させるとともに、トナー担持体２２の外周面に担持されるトナー層の厚さを規制するドクターブレード２３からなる。ドクターブレード２３は、トナー担持体２２の回転方向における上流側に、トナー担持体２２の外周面からの距離が例えば６０μｍとなるように設けられている。トナー２１は、例えば平均粒径が１０μｍの非磁性トナーであり、ドクターブレード２３により、例えば帯電量が約−１０μＣ／ｇとなるように電荷が付与されている。
【００２０】
尚、ドクターブレード２３とトナー担持体２２との距離は特に限定されるものではない。また、トナー２１の平均粒径や帯電量等は特に限定されるものではない。
【００２１】
トナー担持体２２は、図示しない駆動装置によって駆動され、図中、矢印Ａ方向に例えばその表面での速度が８０ｍｍ／ｓｅｃで回転するとともに、トナー担持体２２は接地されている。尚、トナー担持体２２の回転速度は、特に限定されるものではない。また、トナー担持体２２は、磁気力や電気力、または、電気力および磁気力により担持する構成となっていてもよい。
【００２２】
画像形成部１の印刷部３は、例えば厚さ１ｍｍのアルミニウム板からなり、トナー担持体２２の外周面と対向する対向電極２５と、該対向電極２５に高圧を供給する高圧電源３０と、上記トナー担持体２２との間に設けられた制御電極２６と、除電ブラシ２８と除電ブラシ２８に除電電位を与える除電電源１７、用紙５を帯電させる帯電ブラシ８と、該帯電ブラシ８に帯電電位を与える帯電電源１８と、誘電体ベルト２４と、該誘電体ベルト２４を支持する支持部材１６ａ，１６ｂとクリーナーブレード１９を備えている。
【００２３】
上記対向電極２５は、トナー担持体２２の外周面からの距離が例えば１．１ｍｍとなるように設けられている。誘電体ベルト２４はＰＶＤＦを基材とし、体積抵抗率で１０10Ω・ｃｍ、厚さが７５μｍである。該誘電体ベルト２４は図示しない駆動装置によって駆動され、図中矢印方向に例えばその表面での速度が３０ｍｍ／ｓｅｃで回転する。また、対向電極２５には、高圧電源部（制御手段）３０により、例えば３．２ｋＶの高圧が印加されている。つまり、対向電極２５とトナー担持体２２との間には、高圧電源部３０から印加される高圧により、トナー担持体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向に飛翔させるのに必要な電界が付与されている。
【００２４】
上記除電ブラシ２８は誘電体ベルト２４の回転方向における制御電極２６下流側に該誘電体ベルト２４に圧接するようにして設けられている。除電ブラシ２８は除電電源１７によって除電電位２．５ｋＶが印加され、誘電体ベルト２４表面に存在する不要電荷を除電する。
【００２５】
上記クリーナーブレード１９は、例えば、紙詰まり（ペーパージャム）等の不測の事態が生じて誘電体ベルト２４表面にトナー２１が付着した場合に、このトナー２１を除去して、用紙裏面が該トナー２１によって汚染されることを防止する。また、対向電極２５とトナー担持体２２との距離は特に限定されるものではない。さらに、対向電極２５の回転速度や、印加される電圧は特に限定されるものではない。
【００２６】
また、図示しないが、本画像形成装置は、制御回路として、画像形成装置全体を制御する主制御部と、得られた画像データを印刷すべき画像データの形式に変換する画像処理部と、変換された該画像データを記憶する画像メモリと、画像処理部から得られた画像データを制御電極２６に与えるべき画像データに変換する画像形成制御ユニットとを備えている。
【００２７】
上記制御電極２６は、対向電極２５と平行をなしかつ対向電極２５と対向して２次元的に広がっており、トナー担持体２２から対向電極２５方向へのトナーが通過可能な構造となっている。そして、この制御電極２６に供給される電位により、トナー担持体２２表面に付与された電界が変化し、トナー担持体２２から対向電極２５へのトナー２１の飛翔が制御される。
【００２８】
上記制御電極２６は、トナー担持体２２の外周面からの距離が例えば１００μｍとなるように設けられており、図示しない支持部材により固定されている。図３に示すように、制御電極２６は、絶縁性の基板２６ａ、高圧ドライバ（図示せず）、および各々独立したリング状の導電体、即ちリング状電極２７からなっている。基板２６ａは、例えばポリイミド樹脂からなり、厚さ２５μｍに形成されている。
【００２９】
また、基板２６ａには、後述するゲート２９となるべき孔が形成されている。リング状電極２７は、例えば厚さ１８μｍの銅箔からなり、上記孔の周りに設けられており、所定の配列に従って配置されている。そして、各孔の開口部は、例えば直径１６０μｍに形成されており、トナー担持体２２から対向電極２５へ飛翔するトナー２１の通過部となっている。以下、この通過部をゲート２９と称することとする。
【００３０】
尚、制御電極２６とトナー担持体２２との距離は特に限定されるものではない。また、各リング状電極２７には開口部径が２００μｍの開口部が設けられている。また、ゲート２９の大きさや、基板２６ａおよびリング状電極２７の材質や厚さ等は特に限定されるものではない。
【００３１】
上記ゲート２９、即ちリング状電極２７に形成された孔は、例えば２５６０個形成されており、各リング状電極２７は、給電線４１および高圧ドライバ（図示せず）を介して制御電源部３１に電気的に接続されている。
尚、リング状電極２７の個数は特に限定されるものではない。
【００３２】
また、リング状電極２７表面および給電線４１表面は、厚さ３０μｍの絶縁体層（図示せず）で覆われており、これにより、リング状電極２７同士の絶縁性、給電線４１同士の絶縁性、および、互いに接続されていないリング状電極２７と給電線４１との間の絶縁性および上記トナー担持体２２や対向電極２５との絶縁が確保されている。
【００３３】
制御電極２６のリング状電極２７には、制御電源部（制御手段）３１により画像信号に応じたパルス、即ち、電圧が印加される。つまり、制御電源部３１は、リング状電極２７に対し、トナー担持体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向に通過させる場合（以後ＯＮ電位）には例えば１５０Ｖを印加し、通過させない場合（以後ＯＦＦ電位）には例えば−２００Ｖを印加するようになっている。
【００３４】
このように、制御電極２６への付与電位を画像信号に応じて制御し、対向電極２５におけるトナー担持体２２との対向面側に用紙５を配すると、用紙５の表面に画像信号に応じたトナー像が形成される。尚、制御電源部３１は図示しない画像形成制御ユニットから送られてくる制御電極制御信号によって制御されている。
【００３５】
上記画像形成装置はコンピュータやワードプロセッサの出力用としてのプリンタとして使用可能なほかにディジタルコピーの印字部分にも使用可能であって、以下はディジタルコピーの印字部分として使用した場合の画像形成動作を図４を使用して行う。
【００３６】
先ず、例えば、画像読み取り部に複写すべき原稿が載置され、コピースタートボタン（図示せず）が操作されると、この入力を受けた主制御部は画像形成動作を開始させる。即ち、画像読み取り部によって原稿画像が読み取られ、その画像データが画像処理部で処理され、画像メモリに記憶される画像データが画像処理部で処理され、画像メモリに記憶された画像データが画像形成制御ユニットに転送され、画像形成制御ユニットでは、入力された画像データを制御電極２６に与える制御電極制御信号に変換し始める。
【００３７】
また、画像形成制御ユニットは、所定量の上記制御電極制御信号を得ると、図示しない駆動装置が作動し、この駆動装置に回転駆動される図２に示すピックアップローラ６により、用紙カセット４内の用紙５が画像形成部１方向へ送り出されるとともに、正常な給紙状態であることが給紙センサにて検出される。ピックアップローラ６によって送り出された用紙５は帯電ブラシ８と支持部材１６の間に搬送される。支持部材１６ａには高圧電源３０によって対向電極２５と同電位が印加される。帯電ブラシ８には帯電電源１８によって帯電電位として１．２ｋＶが印加される。用紙５は帯電ブラシ８と支持部材１６ａの電位差による電荷を供給され静電気的に吸着されたまま画像形成部１の印刷部３における誘電体ベルト２４の制御電極２６との対向面側に搬送される。尚、制御電極制御信号の上記所定量は画像形成装置の構成によって異なる。
【００３８】
その後、画像形成制御ユニットは、上記制御電極制御信号を制御電源部３１に供給する。この制御電極制御信号の供給は、上記帯電ブラシ８による印刷部３への用紙５の供給に同期したサイミングで行われる。制御電源部３１は、上記制御電極制御信号に基づいて、制御電極２６の各リング状電極２７に印加する高圧を制御する。つまり、制御電源部３１から適宜所定のリング状電極２７に１５０Ｖもしくは−２００Ｖの電位が印加され、制御電極２６付近の電界が制御される。即ち、制御電極２６のゲート２９において、画像データに応じてトナー担持体２２から対向電極２５へのトナー２１の飛翔の阻止とその解除とが適宜行われる。これにより、対向電極２５表面の誘電体ベルト２４の移動によって出紙側に向かって３０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動している用紙５上に画像信号に応じたトナー像が形成される。
【００３９】
トナー像が形成された用紙５は支持部材１６ｂの持つ曲率で誘電体ベルト２４から剥離されて定着部１１に搬送された後に、この定着部１１でトナー像が用紙５に定着される。トナー像が定着された用紙５は、排紙ローラにて排紙トレイ上に排出されるとともに、正常に排出されたことを排紙センサにて検出される。この検出動作に基づいて、主制御部が印刷動作の正常な終了を判断する。
【００４０】
以上の画像形成動作により、用紙５上に良好な画像が形成される。本画像形成装置は、用紙５上に画像を直接形成するので、従来の画像形成装置で用いられている感光体や誘電体ドラム等の顕像体が不要となっている。従って、顕像体から用紙５に画像を転写する転写動作が省略されるので、画像の劣化を生じない。このため、装置の信頼性が向上する。また、装置の構成が簡略化されるとともに、部品点数が削減されるので、小型化および低廉化が可能となっている。
【００４１】
上記の実施形態１である画像形成装置をコンピュータの出力端末機の印字部分として使用する場合も、ディジタルコピーの印字部分として使用する場合も、処理する画像信号およびそのやり取りに相違があるものの画像形成動作方法そのものは何ら相違点を有しない。
【００４２】
前記したようにトナー担持体２２は接地されており、一方、対向電極２５と支持部材１６ａは２．３ｋＶ、帯電ブラシ８には１．２ｋＶの高圧が印加されている。従って、帯電ブラシ８と支持部材１６ａの間の電位差によって帯電ブラシ８と誘電体ベルト２４の間に搬送された用紙５の表面にはマイナスの電荷が供給される。マイナスの電荷が供給されると該電荷の静電気力によって用紙５は誘電体ベルト２４に吸着されたまま誘電体ベルト２４の移動によってゲート２９の直下に移動する。誘電体ベルト２４表面の電荷はゲート２９の直下に到達するまでに時間減衰して対向電極２５の電位との兼ね合いから表面電位は２ｋＶとなる。
【００４３】
この状態で、トナー担持体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向に通過させるべく、制御電源部３１により制御電極２６のリング状電極２７に対して１５０Ｖの電圧を印加し、トナー２１がゲート２９を通過させない場合は−２００Ｖの電位を印加する。
このように用紙５を誘電体ベルト２４に吸着した状態で用紙５表面に画像を直接形成する。
【００４４】
尚、上記の説明においては、トナー２１を通過させるべく制御電極２６のリング状電極２７に付与する電位が、１５０Ｖの場合を一例に挙げたが、該電位はトナー２１の所望した飛翔制御を行えるなら特に限定されるものではない。同様に対向電極２５の印加電位と帯電ブラシ８に印加する電位およびゲート２９直下での用紙５の表面電位もトナー２１の所望した飛翔制御を行えるなら特に限定されるものではない。
尚、トナー２１の通過を阻止すべく制御電極２６のリング状電極２７に付与する電位は本発明の請求範囲を逸脱しない限りにおいて特に限定されるものではない。
【００４５】
上記実施形態１における画像形成装置について説明を加える。図５に本実施形態に使用する対向電極２５の用紙５搬送方向の下流側の拡大図を示す。上記実施形態１では図のように対向電極２５の下流側が図５のように用紙５の搬送方向に体して一定角度θを持つような形状の傾斜部２５ａを本発明における軽減手段として有している。
【００４６】
図５のような構成に対して上記従来の技術のような画像形成装置の構成を図６に示す。用紙５が矢印方向に移動すると例えば用紙５上のトナー２１ｂは図６の対向電極２５端部では図中の矢印Ｂの方向に電気力Ｆ２が作用する。電気力Ｆ２が発生すると当該電気力Ｆ２の分力である用紙５の垂直方向の電気力Ｆ２１と用紙５の搬送方向と逆方向の力Ｆ２２が新たに発生する。用紙５方向の電気力Ｆ２１と対向電極２５上に位置する例えばトナー２１ｃに対して作用する電気力Ｆ１に対してＦ２１＜Ｆ１であるうえに新たにＦ２２が作用するので、用紙５上のトナー２１がＦ２２方向に移動或いはずれるなどしてトナー２１ｄのようにトナー２１が集中するような現象やトナー２１が移動することによって画像が擦れたようになってさまざまな形態での画像劣化が容易に発生する。
【００４７】
しかし、上記に示した本実施形態１では対向電極２５を図５のような形状として用紙５の搬送方向に対してθ＝２５°の角度を有する傾斜部２５ａを有しているので、図６に示したように電気力Ｆ２に対応する電気力Ｆ３が発生してもその分力Ｆ３２は非常に小さくなって図６に示したように大きな電気力Ｆ２２が発生しない。逆に、用紙５の垂直方向に力Ｆ３１は図６のＦ２１と比較すると大きくなる。以上から図６に示したようなトナー２１ｄやトナー２１の移動やずれが発生せずこれらに由来する画像劣化が発生しない。
【００４８】
上記角度θは本実施形態１ではθ≦５０°とすることによって上記の不具合が回避されることが確認されている。従って、この角度を本実施形態１のようにθ＝２５°以外に例えばθ＝４５°としてもよく装置構成や加工の安定性などから適宜決定すればよい。
【００４９】
上記実施形態１では対向電極２５が折り曲がったような形状であるが対向電極２５の形状は上記のような不具合が回避できるならばこれに限定されず例えば図７から図９のような形状が可能である。
【００５０】
図７の実施形態２では、対向電極２５の一部に面取り加工を施すことによって図５と同等の傾斜部２５ｂを有する形状を得ている。この他に、図８（ａ）の実施形態３の例１のように対向電極２５を湾曲させるような形状の湾曲部２５ｃや図８（ｂ）の例２のような対向電極２５の一部を曲面を形成しながら面取りするような湾曲部２５ｄが可能であって、装置の構成や対向電極２５に使用する材質等によって適宜調整するのが好適である。
【００５１】
上記のようにトナー２１の鏡像力の成分であって用紙５の搬送方向と逆方向成分を軽減する軽減手段としての傾斜部を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されず種々の構成が可能である。例えば実施形態４の構成を図９に示す。図９では対向電極２５の傾斜部に誘電体２５ｆを配置するような構成であってもよい。この他に対向電極２５に使用する材質を金属ではなく例えば導電性を有する樹脂で構成するとともに、端部の誘電率を調整して上記の不具合が回避できるように該誘電率を適宜調整する方法が可能である。
【００５２】
このように軽減手段として使用する誘電体層は上記のような用紙５の搬送方向と逆方向の力を軽減するほかに、このような状況で発生しやすい剥離放電に対してもこれを回避する或いはもし剥離放電が発生してもこれを軽減することが可能であるので新たな効果をもたらし、剥離放電による画像劣化をも回避することが可能である。
【００５３】
さらに、上記実施形態において対向電極２５に設ける傾斜部の角度や曲面の曲率は例えば図１０のように傾斜部２５ｅの角度が非常に大きな場合は上記の不具合が発生しやすく望ましくない。軽減手段である傾斜部の角度や曲面の曲率および誘電体層の誘電率や厚みは上記の不具合が良好に回避できるように、例えば使用するトナー２１の帯電量や用紙５の搬送速度等によって適宜決定するのが合理的である。
【００５４】
また、上記実施形態では対向電極２５に対して上記のような傾斜部や湾曲部を配置しているが、傾斜部や湾曲部を配置する部分として対向電極２５に限定されず、印字が行われた後の用紙５が定着部１１に到達するまでの間の金属部或いは導電性を有する部材、例えばペーパーガイド７ａに対して配置されてもよい。
【００５５】
上記制御電極２６は上記に限定されずこれに類する種々の構成の画像形成装置に対しても適用可能である。
【００５６】
例えば、上記実施形態ではゲート２９のトナー２１の飛翔制御は個々のゲート２９を１個の電極で制御するシングルドライブによる制御電極２６の場合において説明したが、図１１のようなマトリックス制御による制御電極２６を使用した場合でも本発明が同様に適用でき、良好な画像形成が可能となる。図１１ではリング状電極２７のかわりに帯状電極２７ａ，２７ｂを配置している。制御電極２６のトナー担持体２２側に帯状電極２７ｂを配置し、対向電極２５側に帯状電極２７ａを配置する構成となっている。
【００５７】
図１１の制御電極２６では各ゲート２９の電位を切り換える切り換え手段であるＦＥＴの数が大幅に削減できる。例えば、図３のような制御電極２６と比較すると図１１のような制御電極２６では必要なＦＥＴの数はおよそ１／４になる。このように使用するＦＥＴの数を削減する観点からは図１１のような制御電極２６は非常に有効である。さらに図１１では１枚の電極からなるシールド電極３９を配置しているがこれに限定されず、例えば、シールド電極３９を分割する方法や逆にシールド電極３９を配置しない方法も可能である。
【００５８】
上記シールド電極３９に印加する電位は常時一定電位を印加する方法の他に、例えば、リング状電極２７などのトナー２１の飛翔制御の電位に同期させてシールド電極３９の電位を切り換えるような制御も可能である。
さらに、上記実施形態では、制御電極２６は図２のように湾曲して取り付けられているが、制御電極２６の取り付けはこれに限定されず、湾曲を有しないように取り付けられる構造であってもよい。
【００５９】
上記の不具合は、白黒の画像形成装置の場合を例に挙げて説明したが、カラー画像形成装置の場合により顕著に現れる。
【００６０】
カラー画像形成装置は、例えば複数のトナー供給部と印刷部を備えた画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配して、それぞれのトナー供給部にカラートナー、例えば図１２のようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを使用したカラー画像形成装置を形成してもよい。図１２ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックにそれぞれ対応し、本発明を施した画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配置しており、それぞれカラーの画像データに基づいてカラー画像形成が行われる。その他の構成要素は図２と同じ構成としてもよい。本発明によれば上記の不具合が一切発生しないので所望の色再現と良好なカラー画像形成が得られる。
【００６１】
さらに、カラーの画像形成装置として図１３のような画像形成装置、即ち、複数種のトナーを有する場合において、個々のトナー２１に対応した対向電極２５を有する構成が考えられる。このような構成では使用する個々のトナー２１によって必要な傾斜部はそれぞれ違った特性を持ち得る。従って、個々のトナー２１に対して例えば個々の画像形成部のそれぞれの対向電極２５に配置される傾斜部がそれぞれ異なることがあっても不合理ではない。このような場合は、各画像形成部における個々の対向電極２５に配置される傾斜部の角度、図５のθに対応する角度を適宜調整してそれぞれの傾斜部の角度が異なるような構成とするのが合理的である。
【００６２】
また、このような場合、即ち、使用するトナー２１の特性が異なって必要な傾斜部の角度が異なって部品点数が増加する。このような場合は以下のように構成するのがさらに望ましい。例えば、画像形成部１ａに対して必要な飛翔角度、即ち、図５のθに相当する角度であってその最大値をθ１、画像形成部１ｂのそれをθ２、同じく画像形成部１ｃと１ｄに対してそれぞれθ３，θ４とすると、各画像形成部の飛翔角度θをθ≦θｍ（ｎ＝１，２，３，４）と一定にする構成が可能である。例えば、上記実施形態ではθ１≦４７°、θ２≦４０°、θ３≦３５°、θ４≦５１°であるとすると、θ≦３５°で上記のように各画像形成部で傾斜部を形成すると、傾斜部の角度を一定に構成する且つ上記のような本発明による効果を得ることが可能である。このように構成することで、対向電極２５を単一の構成とするので部品点数削減と小型化・コストダウン・信頼性の向上が可能となる。
【００６３】
図１２では、対向電極２５が傾斜部を有する構成を例に示したが、例えば、上記のような曲率を有する曲面で構成する方法を始め上記の種々の構成が可能である。
【００６４】
上記の各実施形態では用紙５を静電気力によって用紙５を対向電極２５に対して吸着しているが、吸着搬送方法はこれに限定されず、例えば、エア吸着搬送が良好に使用可能であるなど種々の搬送方法が可能である。
【００６５】
尚、本実施形態においては、顕像剤がトナーである場合を例に挙げて説明したが、顕像剤はインク等であってもよい。さらに、トナー供給部２の構成を、イオンフロー法を適用した構成とすることも可能である。つまり、画像形成部は、コロナ帯電器等のイオン源を備えた構成となっていてもよい。この場合においても、上記と同様の作用・効果を奏することができる。
【００６６】
本発明にかかる画像形成装置は、例えば、ディジタル複写機およびファクシミリ装置の印字部や、ディジタルプリンタ、プロッタ等に好適に適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の画像形成装置によれば、上記のように対向電極などの電極から記録媒体が離れるときに記録媒体の搬送方向と逆方向の力が記録媒体上に存在する顕像剤に対して作用しない或いは非常に僅かな力しか作用しないので、記録媒体上の顕像剤が移動する或いはずれるようなことがなく、記録媒体の移動時に発生する画像劣化が一切発生しない。
【００６８】
また、上記のように記録媒体が電極から剥離される時に誘電体層を配置するので、剥離放電が発生しない或いは放電を軽減することが可能であり、剥離放電による画像劣化を軽減或いは回避することができる。
【００６９】
請求項２記載の画像形成装置によれば、以上のように個々の顕像剤のそれぞれ異なった帯電特性に対して対応可能であって全ての顕像剤に対して画像劣化が発生しない良好なカラー画像形成装置を実現することができる。
【００７０】
請求項３記載の画像形成装置によれば、以上のように個々の画像形成部での軽減手段を１個の構造にて構成できるので、軽減手段の構成を複数必要とせず、より簡単な構成の軽減手段を構成でき、部品点数削減と小型化・コストダウン・信頼性の向上を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の実施形態による印字部を有するプリンタを示す概略断面図である。
【図２】本発明の画像形成装置の実施形態１の概念を示す断面図である。
【図３】本発明の画像形成装置の実施形態１の制御電極を示す平面図である。
【図４】本発明の画像形成装置における印字動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の画像形成装置の実施形態１の対向電極を示す平面図である。
【図６】従来の画像形成装置におけるトナーの制御電極への付着状態を示す断面図である。
【図７】本発明の画像形成装置の実施形態２の対向電極を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の画像形成装置の実施形態３の対向電極の例１を示す断面図、（ｂ）は例２を示す断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の画像形成装置の実施形態４の対向電極の例１を示す断面図、（ｂ）は例２を示す断面図である。
【図１０】本発明の画像形成装置に比較するための好適でない例を示す断面図である。
【図１１】本発明の画像形成装置の制御電極の他の実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の画像形成装置をカラー画像形成装置に用いた実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明の画像形成装置をカラー画像形成装置に用いた他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 画像形成部
２ トナー供給部
３ 印刷部
５ 用紙
１１ 定着部
２０ トナー収容槽
２１ トナー
２２ トナー担持体
２４ 誘電体ベルト
２５ 対向電極
２５ａ 傾斜部
２６ 制御電極
２７ リング状電極
２９ ゲート
３０ 高圧電源部
３１ 制御電源部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル複写機およびファクシミリ装置の印字部や、ディジタルプリンタ、プロッタ等に適用され、顕像剤を飛翔させることにより記録媒体上に画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像信号を紙等の記録媒体上に可視像として出力する画像形成装置として、例えば、特開平５−１３４５８１号公報のように、荷電粒子に電界を付与して電気力によって飛翔させ、飛翔路に配置した複数の通過孔を含む制御電極に印加する電位を変化させて記録媒体に荷電粒子を付着させることにより、画像を記録媒体上に直接形成する画像形成装置があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術においては、顕像剤の制御方法については記載されているが、以下に説明する通り多くの問題を有する。
【０００４】
上記従来技術に代表されるようなタイプの画像形成装置では、荷電粒子のゲート通過を制御する制御手段が使用されている。上記従来技術のようなタイプの画像形成装置は、ゲートと担持体の間に形成される電界制御によってトナー（顕像剤）の飛翔可否を制御し、対向電極によって形成された強電界によって記録媒体である用紙表面にトナーを到達させて画像を形成している。
【０００５】
上記の画像形成装置では、例えば、カールソンプロセスにおける転写プロセスと異なって記録媒体の裏面にトナーと逆極性の電荷を与えない。従って、記録媒体が搬送路に配置された金属上を滑るとき、画像を形成しているトナーから該金属に対して非常に大きな鏡像力が作用する。この状態で特に金属の端部では記録媒体の移動と逆方向の力が記録媒体上のトナーに対して作用するので、記録媒体上でトナーが相対的に移動して画像が擦れたようになり、画像が乱れる現像が発生している。
【０００６】
さらに、画像形成装置が複数の色のトナーを有する画像形成装置では、このような画像の乱れが発生すると複数の色のトナーが混色を起こして所定の色再現性が得られない新たな問題が発生していた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、請求項１記載の画像形成装置は、少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、該軽減手段が誘電体からなる。
【０００８】
請求項２記載の画像形成装置は、少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、
前記対向電極は互いに異なる顕像剤を担持する複数の担持体のそれぞれに対向して複数配置されるとともに、前記軽減手段は複数の対向電極のそれぞれに対応して複数個配置され、各軽減手段は対応する対向電極のそれぞれが対向している担持体が担持する顕像剤の帯電特性に応じて互いに異なる傾斜角を有している。
【０００９】
請求項３記載の画像形成装置は、少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、
前記対向電極は互いに異なる顕像剤を担持する複数の担持体のそれぞれに対向して複数配置されるとともに、前記軽減手段は複数の対向電極のそれぞれに対応して複数個配置され、全ての軽減手段は前記複数の対向電極のそれぞれが対向している担持体が担持する顕像剤のそれぞれの帯電特性に最適な傾斜角のうちで最も小さい角度以下の一定の傾斜角を有することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の画像形成装置を搭載したプリンタの断面を図１に示し、各要素について図２を用いてその概要を説明する。
尚、以下の説明においては、負帯電のトナー（顕像剤）に対応する構成を備えた画像形成装置について詳述するが、正帯電のトナーを使用する場合には、それに応じて適宜各印加電圧の極性を設定すればよい。
【００１２】
図２のように、トナー供給部２と印刷部３とを有する画像形成部１を備えている。この画像形成部１は、画像信号に応じた画像を顕像剤としてのトナーを使用して記録媒体である用紙上に顕像化するものである。つまり、本画像形成装置は、トナーを飛翔させて用紙に付着させるとともに、上記トナーの飛翔を画像信号に基づいて制御することにより、用紙上に画像を直接形成するものである。
【００１３】
上記画像形成部１への用紙の入紙側には、給紙装置１０が設けられている。給紙装置１０は、記録媒体としての用紙５を収容する用紙カセット４、この用紙カセット４から用紙５を送り出すピックアップローラ６、給紙された用紙５をガイドする給紙ガイド７からなる。また、給紙装置１０は、用紙５が供給されたことを検出する給紙センサ（図示せず）を備えている。上記ピックアップローラ６は図示しない駆動装置によって回転駆動される。
【００１４】
また、画像形成部１からの用紙の出紙側には、画像形成部１にて用紙５上に形成されたトナー像を加熱および加圧することにより、用紙５に定着させる定着部１１が設けられている。
定着部１１は、加熱ローラ１２、ヒータ１３、加圧ローラ１４、温度センサ１５、および、温度制御回路８０からなる。
【００１５】
加熱ローラ１２は例えば厚さ２ｍｍのアルミニウム管からなる。ヒータ１３は、例えばハロゲンランプからなり、加熱ローラ１２に内蔵されている。加圧ローラ１４は、例えばシリコーン樹脂からなる。そして、互いに対向して設けられた上記加熱ローラ１２および加圧ローラ１４には、用紙５を挟んで加圧することができるように、それぞれの軸の両端に図示しないスプリング等によって例えば２ｋｇの荷重が加えられている。
【００１６】
温度センサ１５は、加熱ローラ１２の表面の温度を測定する。温度制御回路８０は、主制御部によって制御されており、温度センサ１５の測定結果に基づいてヒータ１３のＯＮ／ＯＦＦ等を制御し、加熱ローラ１２の表面の温度を例えば１５０℃に保持する。
また、定着部１１は、用紙５が排出されたことを検出する排紙センサ（図示せず）を備えている。
【００１７】
尚、加熱ローラ１２、ヒータ１３、加圧ローラ１４等の材質は特に限定されるものではない。また、加熱ローラ１２の表面の温度は特に限定されるものではない。さらに、定着部１１は用紙５を加熱定着もしくは加圧することによりトナー像を定着させる構成となっていてもよい。
【００１８】
また、図示しないが、定着部１１からの用紙の排紙側には、定着部１１で処理された用紙５を排紙トレイ上に排出する排紙ローラ、および排出された用紙５を受ける排紙トレイが設けられている。上記加熱ローラ１２、加圧ローラ１４、および、排紙ローラは、図示しない駆動装置によって回転駆動される。
【００１９】
画像形成部１のトナー供給部２は、顕像剤としてのトナー２１が収容されているトナー収容槽２０、トナー２１を担持する円筒状の担持体（スリーブ）としてのトナー担持体２２、および、トナー収容槽２０が内部に設けられ、トナー２１を帯電させるとともに、トナー担持体２２の外周面に担持されるトナー層の厚さを規制するドクターブレード２３からなる。ドクターブレード２３は、トナー担持体２２の回転方向における上流側に、トナー担持体２２の外周面からの距離が例えば６０μｍとなるように設けられている。トナー２１は、例えば平均粒径が１０μｍの非磁性トナーであり、ドクターブレード２３により、例えば帯電量が約−１０μＣ／ｇとなるように電荷が付与されている。
【００２０】
尚、ドクターブレード２３とトナー担持体２２との距離は特に限定されるものではない。また、トナー２１の平均粒径や帯電量等は特に限定されるものではない。
【００２１】
トナー担持体２２は、図示しない駆動装置によって駆動され、図中、矢印Ａ方向に例えばその表面での速度が８０ｍｍ／ｓｅｃで回転するとともに、トナー担持体２２は接地されている。尚、トナー担持体２２の回転速度は、特に限定されるものではない。また、トナー担持体２２は、磁気力や電気力、または、電気力および磁気力により担持する構成となっていてもよい。
【００２２】
画像形成部１の印刷部３は、例えば厚さ１ｍｍのアルミニウム板からなり、トナー担持体２２の外周面と対向する対向電極２５と、該対向電極２５に高圧を供給する高圧電源３０と、上記トナー担持体２２との間に設けられた制御電極２６と、除電ブラシ２８と除電ブラシ２８に除電電位を与える除電電源１７、用紙５を帯電させる帯電ブラシ８と、該帯電ブラシ８に帯電電位を与える帯電電源１８と、誘電体ベルト２４と、該誘電体ベルト２４を支持する支持部材１６ａ，１６ｂとクリーナーブレード１９を備えている。
【００２３】
上記対向電極２５は、トナー担持体２２の外周面からの距離が例えば１．１ｍｍとなるように設けられている。誘電体ベルト２４はＰＶＤＦを基材とし、体積抵抗率で１０10Ω・ｃｍ、厚さが７５μｍである。該誘電体ベルト２４は図示しない駆動装置によって駆動され、図中矢印方向に例えばその表面での速度が３０ｍｍ／ｓｅｃで回転する。また、対向電極２５には、高圧電源部（制御手段）３０により、例えば３．２ｋＶの高圧が印加されている。つまり、対向電極２５とトナー担持体２２との間には、高圧電源部３０から印加される高圧により、トナー担持体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向に飛翔させるのに必要な電界が付与されている。
【００２４】
上記除電ブラシ２８は誘電体ベルト２４の回転方向における制御電極２６下流側に該誘電体ベルト２４に圧接するようにして設けられている。除電ブラシ２８は除電電源１７によって除電電位２．５ｋＶが印加され、誘電体ベルト２４表面に存在する不要電荷を除電する。
【００２５】
上記クリーナーブレード１９は、例えば、紙詰まり（ペーパージャム）等の不測の事態が生じて誘電体ベルト２４表面にトナー２１が付着した場合に、このトナー２１を除去して、用紙裏面が該トナー２１によって汚染されることを防止する。また、対向電極２５とトナー担持体２２との距離は特に限定されるものではない。さらに、対向電極２５の回転速度や、印加される電圧は特に限定されるものではない。
【００２６】
また、図示しないが、本画像形成装置は、制御回路として、画像形成装置全体を制御する主制御部と、得られた画像データを印刷すべき画像データの形式に変換する画像処理部と、変換された該画像データを記憶する画像メモリと、画像処理部から得られた画像データを制御電極２６に与えるべき画像データに変換する画像形成制御ユニットとを備えている。
【００２７】
上記制御電極２６は、対向電極２５と平行をなしかつ対向電極２５と対向して２次元的に広がっており、トナー担持体２２から対向電極２５方向へのトナーが通過可能な構造となっている。そして、この制御電極２６に供給される電位により、トナー担持体２２表面に付与された電界が変化し、トナー担持体２２から対向電極２５へのトナー２１の飛翔が制御される。
【００２８】
上記制御電極２６は、トナー担持体２２の外周面からの距離が例えば１００μｍとなるように設けられており、図示しない支持部材により固定されている。図３に示すように、制御電極２６は、絶縁性の基板２６ａ、高圧ドライバ（図示せず）、および各々独立したリング状の導電体、即ちリング状電極２７からなっている。基板２６ａは、例えばポリイミド樹脂からなり、厚さ２５μｍに形成されている。
【００２９】
また、基板２６ａには、後述するゲート２９となるべき孔が形成されている。リング状電極２７は、例えば厚さ１８μｍの銅箔からなり、上記孔の周りに設けられており、所定の配列に従って配置されている。そして、各孔の開口部は、例えば直径１６０μｍに形成されており、トナー担持体２２から対向電極２５へ飛翔するトナー２１の通過部となっている。以下、この通過部をゲート２９と称することとする。
【００３０】
尚、制御電極２６とトナー担持体２２との距離は特に限定されるものではない。また、各リング状電極２７には開口部径が２００μｍの開口部が設けられている。また、ゲート２９の大きさや、基板２６ａおよびリング状電極２７の材質や厚さ等は特に限定されるものではない。
【００３１】
上記ゲート２９、即ちリング状電極２７に形成された孔は、例えば２５６０個形成されており、各リング状電極２７は、給電線４１および高圧ドライバ（図示せず）を介して制御電源部３１に電気的に接続されている。
尚、リング状電極２７の個数は特に限定されるものではない。
【００３２】
また、リング状電極２７表面および給電線４１表面は、厚さ３０μｍの絶縁体層（図示せず）で覆われており、これにより、リング状電極２７同士の絶縁性、給電線４１同士の絶縁性、および、互いに接続されていないリング状電極２７と給電線４１との間の絶縁性および上記トナー担持体２２や対向電極２５との絶縁が確保されている。
【００３３】
制御電極２６のリング状電極２７には、制御電源部（制御手段）３１により画像信号に応じたパルス、即ち、電圧が印加される。つまり、制御電源部３１は、リング状電極２７に対し、トナー担持体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向に通過させる場合（以後ＯＮ電位）には例えば１５０Ｖを印加し、通過させない場合（以後ＯＦＦ電位）には例えば−２００Ｖを印加するようになっている。
【００３４】
このように、制御電極２６への付与電位を画像信号に応じて制御し、対向電極２５におけるトナー担持体２２との対向面側に用紙５を配すると、用紙５の表面に画像信号に応じたトナー像が形成される。尚、制御電源部３１は図示しない画像形成制御ユニットから送られてくる制御電極制御信号によって制御されている。
【００３５】
上記画像形成装置はコンピュータやワードプロセッサの出力用としてのプリンタとして使用可能なほかにディジタルコピーの印字部分にも使用可能であって、以下はディジタルコピーの印字部分として使用した場合の画像形成動作を図４を使用して行う。
【００３６】
先ず、例えば、画像読み取り部に複写すべき原稿が載置され、コピースタートボタン（図示せず）が操作されると、この入力を受けた主制御部は画像形成動作を開始させる。即ち、画像読み取り部によって原稿画像が読み取られ、その画像データが画像処理部で処理され、画像メモリに記憶される画像データが画像処理部で処理され、画像メモリに記憶された画像データが画像形成制御ユニットに転送され、画像形成制御ユニットでは、入力された画像データを制御電極２６に与える制御電極制御信号に変換し始める。
【００３７】
また、画像形成制御ユニットは、所定量の上記制御電極制御信号を得ると、図示しない駆動装置が作動し、この駆動装置に回転駆動される図２に示すピックアップローラ６により、用紙カセット４内の用紙５が画像形成部１方向へ送り出されるとともに、正常な給紙状態であることが給紙センサにて検出される。ピックアップローラ６によって送り出された用紙５は帯電ブラシ８と支持部材１６の間に搬送される。支持部材１６ａには高圧電源３０によって対向電極２５と同電位が印加される。帯電ブラシ８には帯電電源１８によって帯電電位として１．２ｋＶが印加される。用紙５は帯電ブラシ８と支持部材１６ａの電位差による電荷を供給され静電気的に吸着されたまま画像形成部１の印刷部３における誘電体ベルト２４の制御電極２６との対向面側に搬送される。尚、制御電極制御信号の上記所定量は画像形成装置の構成によって異なる。
【００３８】
その後、画像形成制御ユニットは、上記制御電極制御信号を制御電源部３１に供給する。この制御電極制御信号の供給は、上記帯電ブラシ８による印刷部３への用紙５の供給に同期したサイミングで行われる。制御電源部３１は、上記制御電極制御信号に基づいて、制御電極２６の各リング状電極２７に印加する高圧を制御する。つまり、制御電源部３１から適宜所定のリング状電極２７に１５０Ｖもしくは−２００Ｖの電位が印加され、制御電極２６付近の電界が制御される。即ち、制御電極２６のゲート２９において、画像データに応じてトナー担持体２２から対向電極２５へのトナー２１の飛翔の阻止とその解除とが適宜行われる。これにより、対向電極２５表面の誘電体ベルト２４の移動によって出紙側に向かって３０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動している用紙５上に画像信号に応じたトナー像が形成される。
【００３９】
トナー像が形成された用紙５は支持部材１６ｂの持つ曲率で誘電体ベルト２４から剥離されて定着部１１に搬送された後に、この定着部１１でトナー像が用紙５に定着される。トナー像が定着された用紙５は、排紙ローラにて排紙トレイ上に排出されるとともに、正常に排出されたことを排紙センサにて検出される。この検出動作に基づいて、主制御部が印刷動作の正常な終了を判断する。
【００４０】
以上の画像形成動作により、用紙５上に良好な画像が形成される。本画像形成装置は、用紙５上に画像を直接形成するので、従来の画像形成装置で用いられている感光体や誘電体ドラム等の顕像体が不要となっている。従って、顕像体から用紙５に画像を転写する転写動作が省略されるので、画像の劣化を生じない。このため、装置の信頼性が向上する。また、装置の構成が簡略化されるとともに、部品点数が削減されるので、小型化および低廉化が可能となっている。
【００４１】
上記の実施形態１である画像形成装置をコンピュータの出力端末機の印字部分として使用する場合も、ディジタルコピーの印字部分として使用する場合も、処理する画像信号およびそのやり取りに相違があるものの画像形成動作方法そのものは何ら相違点を有しない。
【００４２】
前記したようにトナー担持体２２は接地されており、一方、対向電極２５と支持部材１６ａは２．３ｋＶ、帯電ブラシ８には１．２ｋＶの高圧が印加されている。従って、帯電ブラシ８と支持部材１６ａの間の電位差によって帯電ブラシ８と誘電体ベルト２４の間に搬送された用紙５の表面にはマイナスの電荷が供給される。マイナスの電荷が供給されると該電荷の静電気力によって用紙５は誘電体ベルト２４に吸着されたまま誘電体ベルト２４の移動によってゲート２９の直下に移動する。誘電体ベルト２４表面の電荷はゲート２９の直下に到達するまでに時間減衰して対向電極２５の電位との兼ね合いから表面電位は２ｋＶとなる。
【００４３】
この状態で、トナー担持体２２に担持されたトナー２１を対向電極２５方向に通過させるべく、制御電源部３１により制御電極２６のリング状電極２７に対して１５０Ｖの電圧を印加し、トナー２１がゲート２９を通過させない場合は−２００Ｖの電位を印加する。
このように用紙５を誘電体ベルト２４に吸着した状態で用紙５表面に画像を直接形成する。
【００４４】
尚、上記の説明においては、トナー２１を通過させるべく制御電極２６のリング状電極２７に付与する電位が、１５０Ｖの場合を一例に挙げたが、該電位はトナー２１の所望した飛翔制御を行えるなら特に限定されるものではない。同様に対向電極２５の印加電位と帯電ブラシ８に印加する電位およびゲート２９直下での用紙５の表面電位もトナー２１の所望した飛翔制御を行えるなら特に限定されるものではない。
尚、トナー２１の通過を阻止すべく制御電極２６のリング状電極２７に付与する電位は本発明の請求範囲を逸脱しない限りにおいて特に限定されるものではない。
【００４５】
上記実施形態１における画像形成装置について説明を加える。図５に本実施形態に使用する対向電極２５の用紙５搬送方向の下流側の拡大図を示す。上記実施形態１では図のように対向電極２５の下流側が図５のように用紙５の搬送方向に体して一定角度θを持つような形状の傾斜部２５ａを本発明における軽減手段として有している。
【００４６】
図５のような構成に対して上記従来の技術のような画像形成装置の構成を図６に示す。用紙５が矢印方向に移動すると例えば用紙５上のトナー２１ｂは図６の対向電極２５端部では図中の矢印Ｂの方向に電気力Ｆ２が作用する。電気力Ｆ２が発生すると当該電気力Ｆ２の分力である用紙５の垂直方向の電気力Ｆ２１と用紙５の搬送方向と逆方向の力Ｆ２２が新たに発生する。用紙５方向の電気力Ｆ２１と対向電極２５上に位置する例えばトナー２１ｃに対して作用する電気力Ｆ１に対してＦ２１＜Ｆ１であるうえに新たにＦ２２が作用するので、用紙５上のトナー２１がＦ２２方向に移動或いはずれるなどしてトナー２１ｄのようにトナー２１が集中するような現象やトナー２１が移動することによって画像が擦れたようになってさまざまな形態での画像劣化が容易に発生する。
【００４７】
しかし、上記に示した本実施形態１では対向電極２５を図５のような形状として用紙５の搬送方向に対してθ＝２５°の角度を有する傾斜部２５ａを有しているので、図６に示したように電気力Ｆ２に対応する電気力Ｆ３が発生してもその分力Ｆ３２は非常に小さくなって図６に示したように大きな電気力Ｆ２２が発生しない。逆に、用紙５の垂直方向に力Ｆ３１は図６のＦ２１と比較すると大きくなる。以上から図６に示したようなトナー２１ｄやトナー２１の移動やずれが発生せずこれらに由来する画像劣化が発生しない。
【００４８】
上記角度θは本実施形態１ではθ≦５０°とすることによって上記の不具合が回避されることが確認されている。従って、この角度を本実施形態１のようにθ＝２５°以外に例えばθ＝４５°としてもよく装置構成や加工の安定性などから適宜決定すればよい。
【００４９】
上記実施形態１では対向電極２５が折り曲がったような形状であるが対向電極２５の形状は上記のような不具合が回避できるならばこれに限定されず例えば図７から図９のような形状が可能である。
【００５０】
図７の実施形態２では、対向電極２５の一部に面取り加工を施すことによって図５と同等の傾斜部２５ｂを有する形状を得ている。この他に、図８（ａ）の実施形態３の例１のように対向電極２５を湾曲させるような形状の湾曲部２５ｃや図８（ｂ）の例２のような対向電極２５の一部を曲面を形成しながら面取りするような湾曲部２５ｄが可能であって、装置の構成や対向電極２５に使用する材質等によって適宜調整するのが好適である。
【００５１】
上記のようにトナー２１の鏡像力の成分であって用紙５の搬送方向と逆方向成分を軽減する軽減手段としての傾斜部を例に挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されず種々の構成が可能である。例えば実施形態４の構成を図９に示す。図９では対向電極２５の傾斜部に誘電体２５ｆを配置するような構成であってもよい。この他に対向電極２５に使用する材質を金属ではなく例えば導電性を有する樹脂で構成するとともに、端部の誘電率を調整して上記の不具合が回避できるように該誘電率を適宜調整する方法が可能である。
【００５２】
このように軽減手段として使用する誘電体層は上記のような用紙５の搬送方向と逆方向の力を軽減するほかに、このような状況で発生しやすい剥離放電に対してもこれを回避する或いはもし剥離放電が発生してもこれを軽減することが可能であるので新たな効果をもたらし、剥離放電による画像劣化をも回避することが可能である。
【００５３】
さらに、上記実施形態において対向電極２５に設ける傾斜部の角度や曲面の曲率は例えば図１０のように傾斜部２５ｅの角度が非常に大きな場合は上記の不具合が発生しやすく望ましくない。軽減手段である傾斜部の角度や曲面の曲率および誘電体層の誘電率や厚みは上記の不具合が良好に回避できるように、例えば使用するトナー２１の帯電量や用紙５の搬送速度等によって適宜決定するのが合理的である。
【００５４】
また、上記実施形態では対向電極２５に対して上記のような傾斜部や湾曲部を配置しているが、傾斜部や湾曲部を配置する部分として対向電極２５に限定されず、印字が行われた後の用紙５が定着部１１に到達するまでの間の金属部或いは導電性を有する部材、例えばペーパーガイド７ａに対して配置されてもよい。
【００５５】
上記制御電極２６は上記に限定されずこれに類する種々の構成の画像形成装置に対しても適用可能である。
【００５６】
例えば、上記実施形態ではゲート２９のトナー２１の飛翔制御は個々のゲート２９を１個の電極で制御するシングルドライブによる制御電極２６の場合において説明したが、図１１のようなマトリックス制御による制御電極２６を使用した場合でも本発明が同様に適用でき、良好な画像形成が可能となる。図１１ではリング状電極２７のかわりに帯状電極２７ａ，２７ｂを配置している。制御電極２６のトナー担持体２２側に帯状電極２７ｂを配置し、対向電極２５側に帯状電極２７ａを配置する構成となっている。
【００５７】
図１１の制御電極２６では各ゲート２９の電位を切り換える切り換え手段であるＦＥＴの数が大幅に削減できる。例えば、図３のような制御電極２６と比較すると図１１のような制御電極２６では必要なＦＥＴの数はおよそ１／４になる。このように使用するＦＥＴの数を削減する観点からは図１１のような制御電極２６は非常に有効である。さらに図１１では１枚の電極からなるシールド電極３９を配置しているがこれに限定されず、例えば、シールド電極３９を分割する方法や逆にシールド電極３９を配置しない方法も可能である。
【００５８】
上記シールド電極３９に印加する電位は常時一定電位を印加する方法の他に、例えば、リング状電極２７などのトナー２１の飛翔制御の電位に同期させてシールド電極３９の電位を切り換えるような制御も可能である。
さらに、上記実施形態では、制御電極２６は図２のように湾曲して取り付けられているが、制御電極２６の取り付けはこれに限定されず、湾曲を有しないように取り付けられる構造であってもよい。
【００５９】
上記の不具合は、白黒の画像形成装置の場合を例に挙げて説明したが、カラー画像形成装置の場合により顕著に現れる。
【００６０】
カラー画像形成装置は、例えば複数のトナー供給部と印刷部を備えた画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配して、それぞれのトナー供給部にカラートナー、例えば図１２のようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックを使用したカラー画像形成装置を形成してもよい。図１２ではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックにそれぞれ対応し、本発明を施した画像形成部１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを配置しており、それぞれカラーの画像データに基づいてカラー画像形成が行われる。その他の構成要素は図２と同じ構成としてもよい。本発明によれば上記の不具合が一切発生しないので所望の色再現と良好なカラー画像形成が得られる。
【００６１】
さらに、カラーの画像形成装置として図１３のような画像形成装置、即ち、複数種のトナーを有する場合において、個々のトナー２１に対応した対向電極２５を有する構成が考えられる。このような構成では使用する個々のトナー２１によって必要な傾斜部はそれぞれ違った特性を持ち得る。従って、個々のトナー２１に対して例えば個々の画像形成部のそれぞれの対向電極２５に配置される傾斜部がそれぞれ異なることがあっても不合理ではない。このような場合は、各画像形成部における個々の対向電極２５に配置される傾斜部の角度、図５のθに対応する角度を適宜調整してそれぞれの傾斜部の角度が異なるような構成とするのが合理的である。
【００６２】
また、このような場合、即ち、使用するトナー２１の特性が異なって必要な傾斜部の角度が異なって部品点数が増加する。このような場合は以下のように構成するのがさらに望ましい。例えば、画像形成部１ａに対して必要な飛翔角度、即ち、図５のθに相当する角度であってその最大値をθ１、画像形成部１ｂのそれをθ２、同じく画像形成部１ｃと１ｄに対してそれぞれθ３，θ４とすると、各画像形成部の飛翔角度θをθ≦θｍ（ｎ＝１，２，３，４）と一定にする構成が可能である。例えば、上記実施形態ではθ１≦４７°、θ２≦４０°、θ３≦３５°、θ４≦５１°であるとすると、θ≦３５°で上記のように各画像形成部で傾斜部を形成すると、傾斜部の角度を一定に構成する且つ上記のような本発明による効果を得ることが可能である。このように構成することで、対向電極２５を単一の構成とするので部品点数削減と小型化・コストダウン・信頼性の向上が可能となる。
【００６３】
図１２では、対向電極２５が傾斜部を有する構成を例に示したが、例えば、上記のような曲率を有する曲面で構成する方法を始め上記の種々の構成が可能である。
【００６４】
上記の各実施形態では用紙５を静電気力によって用紙５を対向電極２５に対して吸着しているが、吸着搬送方法はこれに限定されず、例えば、エア吸着搬送が良好に使用可能であるなど種々の搬送方法が可能である。
【００６５】
尚、本実施形態においては、顕像剤がトナーである場合を例に挙げて説明したが、顕像剤はインク等であってもよい。さらに、トナー供給部２の構成を、イオンフロー法を適用した構成とすることも可能である。つまり、画像形成部は、コロナ帯電器等のイオン源を備えた構成となっていてもよい。この場合においても、上記と同様の作用・効果を奏することができる。
【００６６】
本発明にかかる画像形成装置は、例えば、ディジタル複写機およびファクシミリ装置の印字部や、ディジタルプリンタ、プロッタ等に好適に適用することができる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の画像形成装置によれば、上記のように対向電極などの電極から記録媒体が離れるときに記録媒体の搬送方向と逆方向の力が記録媒体上に存在する顕像剤に対して作用しない或いは非常に僅かな力しか作用しないので、記録媒体上の顕像剤が移動する或いはずれるようなことがなく、記録媒体の移動時に発生する画像劣化が一切発生しない。
【００６８】
また、上記のように記録媒体が電極から剥離される時に誘電体層を配置するので、剥離放電が発生しない或いは放電を軽減することが可能であり、剥離放電による画像劣化を軽減或いは回避することができる。
【００６９】
請求項２記載の画像形成装置によれば、以上のように個々の顕像剤のそれぞれ異なった帯電特性に対して対応可能であって全ての顕像剤に対して画像劣化が発生しない良好なカラー画像形成装置を実現することができる。
【００７０】
請求項３記載の画像形成装置によれば、以上のように個々の画像形成部での軽減手段を１個の構造にて構成できるので、軽減手段の構成を複数必要とせず、より簡単な構成の軽減手段を構成でき、部品点数削減と小型化・コストダウン・信頼性の向上を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の実施形態による印字部を有するプリンタを示す概略断面図である。
【図２】本発明の画像形成装置の実施形態１の概念を示す断面図である。
【図３】本発明の画像形成装置の実施形態１の制御電極を示す平面図である。
【図４】本発明の画像形成装置における印字動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の画像形成装置の実施形態１の対向電極を示す平面図である。
【図６】従来の画像形成装置におけるトナーの制御電極への付着状態を示す断面図である。
【図７】本発明の画像形成装置の実施形態２の対向電極を示す断面図である。
【図８】（ａ）は本発明の画像形成装置の実施形態３の対向電極の例１を示す断面図、（ｂ）は例２を示す断面図である。
【図９】（ａ）は本発明の画像形成装置の実施形態４の対向電極の例１を示す断面図、（ｂ）は例２を示す断面図である。
【図１０】本発明の画像形成装置に比較するための好適でない例を示す断面図である。
【図１１】本発明の画像形成装置の制御電極の他の実施形態を示す平面図である。
【図１２】本発明の画像形成装置をカラー画像形成装置に用いた実施形態を示す断面図である。
【図１３】本発明の画像形成装置をカラー画像形成装置に用いた他の実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 画像形成部
２ トナー供給部
３ 印刷部
５ 用紙
１１ 定着部
２０ トナー収容槽
２１ トナー
２２ トナー担持体
２４ 誘電体ベルト
２５ 対向電極
２５ａ 傾斜部
２６ 制御電極
２７ リング状電極
２９ ゲート
３０ 高圧電源部
３１ 制御電源部
Claims (3)
- 少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、該軽減手段が誘電体からなることを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、
前記対向電極は互いに異なる顕像剤を担持する複数の担持体のそれぞれに対向して複数配置されるとともに、前記軽減手段は複数の対向電極のそれぞれに対応して複数個配置され、各軽減手段は対応する対向電極のそれぞれが対向している担持体が担持する顕像剤の帯電特性に応じて互いに異なる傾斜角を有することを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも１色の顕像剤を担持する担持体を有する供給手段と、該担持体に対向配置された対向電極と、これら担持体と対向電極との間に電位差を発生させる高電圧を供給する高圧電源手段と、上記担持体と対向電極との間に配置された絶縁性基板と該絶縁性基板に設けられた顕像剤の通過部となる複数個のゲートと該複数個のゲートの周囲に設けられた少なくとも１個以上の電極群とからなる制御電極と該制御電極の各電極に複数の電位状態を与える制御回路手段からなる制御手段とを有し、上記制御手段によって上記電極群の対応する電極に所定の電位を印加することにより顕像剤の上記ゲートの通過を制御して、上記対向電極に搬送された記録媒体表面に画像を形成する画像形成装置であって、
前記対向電極において前記記録媒体の搬送方向における前記制御電極との対向位置の下流側を搬送中の記録媒体から徐々に離間させる傾斜部からなり、上記記録媒体上に存在する顕像剤が受ける該記録媒体の搬送方向と逆方向の成分を有する力を軽減する軽減手段を有し、
前記対向電極は互いに異なる顕像剤を担持する複数の担持体のそれぞれに対向して複数配置されるとともに、前記軽減手段は複数の対向電極のそれぞれに対応して複数個配置され、全ての軽減手段は前記複数の対向電極のそれぞれが対向している担持体が担持する顕像剤のそれぞれの帯電特性に最適な傾斜角のうちで最も小さい角度以下の一定の傾斜角を有することを特徴とする画像形成装置。
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