JP3462691B2

JP3462691B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP3462691B2
Application number: JP03816997A
Authority: JP
Inventors: 史郎若原; 幸人西尾; 岩一本田; 克巳足立
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 2003-11-05
Anticipated expiration: 2017-02-21
Also published as: DE69814490T2; EP0860753A3; EP0860753B1; US6170935B1; JPH10235921A; EP0860753A2; DE69814490D1

Description

【発明の詳細な説明】

【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
４−２６９５６３号公報、特開平６−２８６２０３号公
報及び特開平８−９９４３３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、潜
像を該記録媒体上に直接形成する画像形成装置が提案さ
れている。

【０００３】上記従来技術には、上記の制御電極として
トナー担持体側に、複数の電極及び給電線によって該ト
ナー担持体に対して該電極及び該給電線の電気的影響を
シールドする効果を持つ電極が配置されている制御電極
を使用する構成または、マトリクス制御による制御電極
によってトナー飛翔制御を行う構成となっている。

【０００４】図２４は、従来の画像形成装置の主要部を
示す概略図である。この画像形成装置は、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。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
磁気力により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を帯電させると共に、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
設けられている。

【０００５】トナー担持体２２は、図中、矢印Ａ方向に
回転する。トナー担持体２２は、磁気力によりトナー２
１を担持する代わりに、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る。また、トナー
担持体２２の外周面に担持されたトナー２１は、該外周
面における制御電極２６に対向する位置で穂立ちを形成
する。

【０００６】画像形成部１の印刷部３は、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２
５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２
８と、用紙５を帯電させる帯電ブラシ８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１６
ａ，１６ｂとクリーナーブレード１９を備えている。対
向電極２５とトナー担持体２２との間には、高電圧が印
加され、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。

【０００７】上記の制御電極２６は、対向電極２５表面
の接線方向と平行をなし、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方向へのトナー流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と対向電極２５との間に付与され
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。

【０００８】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とシールド電極３９
からなっている。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２
７は、例えば銅箔からなり、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。また、各孔
の開口部は、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。また、シールド電
極３９も同じく銅箔からなり、表面に絶縁体層２６ｂを
有する構成となって、絶縁性基板２６ａに対して上記ト
ナー担持体２２側に配置されている。このようなシール
ド電極を設けたものが特開平４−２６９５６３号公報と
特開平６−２８６２０３号公報に示されている。特開平
８−９９４３３号公報には、マトリクス制御による制御
電極によってトナー飛翔制御を行う構成が示されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のシールド電極３
９は制御電極２６へのトナー２１付着を防止する為に設
けられている。制御電極２６にシールド電極３９がない
場合は制御電極２６へのトナー２１付着が不可避であ
る。制御電極２６へのトナー２１付着が発生すると以下
の不具合を招来する。

【００１０】この状態を説明するために、シールド電極
３９がない場合の制御電極２６を示す。図２５は、シー
ルド電極のない場合の制御電極の断面図である。まずリ
ング状電極２７にはトナー２１を飛翔させない電位（以
後ＯＦＦ電位）を印加している。この状態でゲート２９
にトナー２１を飛翔させる場合はトナー２１を飛翔させ
る電位（以後ＯＮ電位）を印加してトナー２１の飛翔を
行う。この場合に、図２６に示すように、トナー２１は
飛翔し、ゲート２９を通過するトナー２１ａとともにゲ
ート２９以外の制御電極２６表面に飛翔するトナー２１
ｂが存在する。通常このトナー２１ｂはリング状電極２
７がＯＦＦ電位となった時点でトナー担持体２２に戻る
が、中には図２７のトナー２１ｃのように制御電極２６
表面に付着したまま留まるトナーが存在する。制御電極
２６にトナー２１ｃが付着すると、トナー２１ｃの電荷
によってトナー担持体２２上のトナー２１からみた制御
電極２６の見かけの電位が変化し、具体的には制御電極
２６の電位はトナー２１が飛翔しない電位に近くなるよ
うに変化するのでトナー飛翔は困難となる。また、制御
電極２６にトナーが飛翔するような電位を印加してもト
ナー担持体２２上のトナー２１は飛翔電界を十分に感じ
ず、所望のトナー飛翔が起こらない。この場合は形成さ
れる画像に適切な濃度が得られずコントラストのえらな
いぼやけた画像となる。また、この状態では所望のハー
フトーンの再現が得られず良好な画像形成が阻害され
る。また、カラー画像形成装置の場合は適切な量のトナ
ーが飛翔しないので所望の色再現が困難となる。

【００１１】さらに上記の制御電極２６へのトナー付着
の状況が悪化するとトナー飛翔はさらに困難となって最
終的にトナー飛翔が得られなくなり、画像欠落を招く上
に、カラー画像形成装置の場合は色再現が困難となる。

【００１２】この他、付着トナー２１ｃがゲート内部に
付着した場合はトナー２１ｃが増加するに従って該トナ
ーで目詰まりを引き起こし、物理的にトナー飛翔が困難
となる。この状態ではドット形成動作が行われず印字不
良や画像欠落が生じる。

【００１３】以上のようなトナー２１ｃがゲート及びそ
の近傍に発生した場合は上記の不具合を直接誘発する
が、ゲート２９以外の領域で上記のトナー２１付着が生
じた場合でも以下の不具合を発生する。図２７に示すよ
うに、付着トナー２１ｃがゲート以外の領域で発生し
て、図２８のように付着トナー２１ｄとなる。即ち、制
御電極２６に付着するトナーが存在する状態でゲート２
９に対向するトナー担持体２２上に新たにトナー２１が
供給され、制御電極２６にトナー２１を飛翔させる電位
を印加すると、トナー担持体２２から飛翔したトナー２
１が付着トナー２１ｄに対して、若しくはその近傍に飛
翔し、付着トナー２１ｄと接触するまたは衝突する場合
がある。この時、図２８のように、該トナー同士の付着
力が非常に大きいと該トナー同士が、一つの集合体を形
成して制御電極２６に付着したまま留まる。制御電極２
６に留まったトナー集合体に対して同様にトナー２１が
飛翔・付着を繰り返すと該集合体が成長して、最終的に
は図２９のようにゲート２９を覆い隠すほどに成長す
る。この場合は上記の様な目詰まりを発生して上記の不
具合を発生させる。さらに付着トナー２１ｄが成長する
とトナー担持体２２に担持されたトナー２１の層にまで
成長してトナー２１ｅとなり、トナー２１層を破壊して
しまう。このため、トナー２１ｅより下流に存在するゲ
ート２９でのトナー２１飛翔制御が困難となる他に、他
のゲート２９の目詰まりを誘発する。

【００１４】これらの不具合はリング状電極２７に印加
するＯＮ電位によってゲート２９に対向したトナー２１
以外が制御電極２６に飛翔する為に発生する。従って少
なくともゲート２９に対向しない領域には飛翔電界が形
成されないような構成とするのが好適である。このため
には上記のように、リング状電極２７とトナー担持体２
２の間であって制御電極２６上に電極板を設けてシール
ド電極３９を構成することが最も簡単である。シールド
電極３９にトナーと逆極性若しくは少なくともトナーが
トナー担持体２２に戻されるような方向の電界を形成す
るように電位を印加すると、基本的にトナーは制御電極
２６のゲート２９及びその周辺以外の領域に飛翔しな
い。ゲート２９周囲に、もし万が一トナーが飛翔するよ
うなことがあっても、シールド電極３９とトナー担持体
２２の間の電界でトナーがトナー担持体２２に戻され
て、上記の不具合は発生しないはずである。

【００１５】しかし実際にシールド３９電極を配置して
トナーと同極性の電位を印加してもトナー付着は若干の
改善は見られるが、完全には改善されないのが現状であ
る。最終的には上記のような目詰まりなどが発生して上
記の不具合が発生する。

【００１６】この理由として、使用するトナー２１の中
に所望の帯電極性とは逆の帯電極性を持つもの（逆帯電
トナー）が存在することが挙げられる。シールド電極３
９にトナー２１と同極性の電位を印加してトナーを担持
体に戻すような電界を形成すると、正規の帯電極性のト
ナーは所望のとおりにシールド電極３９に飛翔すること
はなく、シールド電極３９に付着することがない。しか
し、トナー２１層に存在する上記逆帯電トナーは、逆に
該シールド電極３９に向けて飛翔して、シールド電極３
９に付着する。上記のような逆帯電トナーの存在比率は
通常数％であり、非常に僅かであるが、長時間の画像形
成動作などによってシールド電極３９に飛翔してそのま
ま付着する。そして、逆帯電トナーが時間の経過と共に
徐々に増加し、結局上記の付着トナー２１ｄや２１ｅの
ようなトナー集合体の成長が起こり、結果的に上記の如
く印字不良やゲート２９の目詰まりを招来する。

【００１７】上記の逆帯電トナーについては通常のトナ
ーを使用する限り、逆帯電トナーが全く存在しないトナ
ーを製造すること非常に困難である。例え逆帯電トナー
が全くトナーが製造できても非常に高価になって実際は
使用困難となる。従って、トナー２１に電界を付与しな
いのが最も好適である。特開平４−２６９５６３号公報
に開示された従来技術では、シールド電極としての基準
電極にスリーブ（トナー担持体）の電位と同電位を印加
している（図２４参照）。

【００１８】しかし、実際はトナー２１の持つ電荷がス
リーブ２２に対して電位を有するので、スリーブ２２に
担持されたトナー２１の表面電位はトナー２１と同極性
の電位を有する。これによって、シールド電極３９とト
ナー層表面の間には電位差が生じて電界が形成され、ス
リーブ上のトナー２１、特に最表面に存在するトナー２
１はシールド電極方向の電気力を付与される。該電界は
非常に小さいが、該電界によって飛翔するトナー２１が
全く存在しないわけではなく非常に微量ながら上記シー
ルド電極３９に飛翔を行う。この状態で長時間の印字動
作が繰り返された場合は、該電界によって飛翔した微量
トナー２１が蓄積され、結果的に上記付着トナー２１ｄ
や２１ｅのようなトナー２１の集合体が形成され、上記
の如くゲート２９の目詰まりや印字不良を誘発する。

【００１９】さらに上記従来技術の制御電極を使用した
場合は、トナー飛翔制御の電位が印加されるリング状電
極群２７が上記のシールド電極３９よりトナー担持体２
２から離れて存在するので、トナー２１を飛翔制御する
のに必要な電位が高くなる傾向がある。電極群２７がト
ナー担持体２２により近接すると該電位はより小さくな
って、該電位の切り換え手段に含まれるトランジスタ等
の耐圧がより小さくなり、切り換え回路のコストダウン
を容易に得ることができる。しかし上記の従来技術では
その構成上、リング状電極群２７とシールド電極３９を
同一平面上に配置することができず、トナー飛翔制御に
最低限必要な電位以上に高電位を必要として、該電位の
切り換え手段にまつわる上記のコストダウンが困難であ
った。

【００２０】上記の従来技術のようなタイプの画像形成
装置は、ゲート２９と担持体２２の間に形成される電界
によって飛翔するトナー量を制御しているので、該電界
が異なる場合は飛翔するトナー量が異なる結果となる。
上記の様な従来技術においてトナー担持体２２（円筒形
のスリーブ）及び２次元的ゲート配列を有する制御電極
２６の場合は、円筒の極率によって担持体２２と制御電
極２６の間隔が一定ではない。担持体２２の端部におい
ては、中央部に比べて制御電極の距離が大きくなる。従
って、端部では形成される電界が弱くなりやすく、この
ためにゲート２９を通過するトナー量や通過の軌跡が一
定でなく、例えば端部で形成されるドット濃度が薄くコ
ントラストが得にくく、中央部では濃くなる傾向があっ
た。このために端部においてはトナー通過時に電極に印
加する電位を大きくする等の工夫が行われている。

【００２１】しかし、例えばトナー飛翔制御電位を調節
する場合には、必要な電源の数が増加するだけでない。
該電位の電位差が、該電位の切り換え手段に使用される
ＦＥＴの耐圧を越える場合は、別途高耐圧のＦＥＴを使
用しなければならず、回路の高耐圧の絶縁対策やＦＥＴ
のコストアップが不可避であり、部品点数の増加と装置
の大型化・コストアップは避けられない。ＦＥＴの耐圧
をアップしないでトナー飛翔制御を行うと以下の不具合
を招く。

【００２２】ＦＥＴの耐圧をアップしないでトナー飛翔
の為の制御電位を大きくすると、トナーを飛翔させるた
めに印加する電位（以後ＯＮ電位）またはトナーの飛翔
を与えない電位（以後ＯＦＦ電位）の一方を小さくしな
ければならない。ＯＦＦ電位として、より高い電位を印
加するとＯＮ電位を小さくしなければならず、十分なト
ナー飛翔が得られず、コントラストのないぼやけた画像
となる。逆にＯＮ電位を十分にするとＯＦＦ電位を抑え
なければならず、この場合はトナー飛翔阻止が不十分と
なってカブリが発生してコントラストが得られず、良好
な画像形成動作が得られない。カラー画像形成装置の場
合は所望のトナー飛翔が得られずカラーの色再現が不十
分となって画像劣化を招く。

【００２３】このために特開平８−９９４３３号公報の
ように、電極の大きさを変える試みがなされている。上
記従来技術では担持体に担持されたトナーがゲート以外
の領域であって制御電極の他の電極に飛翔する。制御電
極に飛翔したトナーのほとんどは制御電極の電位の切り
替えによって担持体に戻る。しかし、上述したように、
中には制御電極上にそのまま留まるトナーも存在し、該
残留トナーによって制御電極の見かけの電位が変化して
トナー飛翔が十分に行えなくなる。トナー付着がさらに
進んだ場合、最終的にはゲートを覆い隠すほどに、また
はトナー担持体表面に担持されたトナー層を破壊するま
でに成長することになる。

【００２４】本発明の目的は、制御電極に顕像剤が付着
するのを防止し、また制御電極のゲートを通過する顕像
剤の飛翔量のばらつきを無くして、良好な画像形成を達
成する画像形成装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、顕像剤を担持
する担持体と、上記担持体に対向配置された対向電極
と、上記担持体と上記対向電極との間に配置された絶縁
性基板に、上記顕像剤の通過部となる複数個のゲート
と、該複数のゲート周囲に位置するゲート電極と、該ゲ
ート電極の少なくとも一部が覆われないようにした開口
部を有して前記ゲートの周囲に位置するシールド電極と
を設けた制御電極と、上記制御電極の個々の電極に少な
くとも画像データに応じた所定の電位を印加する制御手
段と、を有し、上記制御手段によって上記ゲート電極の
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、上記制御電極と上記対
向電極の間に搬送された記録媒体に画像を形成する画像
形成装置である。

【００２６】請求項１の発明は、上記制御手段が、上記
シールド電極に印加する電位を、上記担持体に担持され
た状態の上記顕像剤の表面電位の変動に合わせて、該表
面電位と同電位若しくは略同電位となるように可変する
ことを特徴とする画像形成装置である。

【００２７】請求項２の発明は、上記制御手段が、上記
ゲートに上記顕像剤を通過させない為に上記ゲート電極
に印加する電位を、上記担持体に担持された状態での該
顕像剤の表面電位の変動に合わせて、該表面電位と同電
位若しくは略同電位に可変する画像形成装置である。

【００２８】請求項３の発明は、上記制御手段が、さら
に上記担持体に担持された顕像剤の表面電位を検出する
検出手段を有し、該検出手段によって検出された上記担
持体に担持された顕像剤の表面電位の変動に合わせて、
該表面電位と同電位を上記の各電極のうち少なくとも一
つの電極に印加可能であることを特徴とする画像形成装
置である。

【００２９】請求項４の発明は、上記制御電極に配置さ
れた上記シールド電極と上記ゲート電極を同一平面上に
配置し、上記ゲート電極と上記制御手段とを接続する給
電部材を上記シールド電極に対して上記担持体の反対側
に配置することを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載の画像形成装置である。

【００３０】請求項５の発明は、上記担持体に担持され
た上記顕像剤に対する上記ゲート電極の飛翔電界の形成
領域が、上記シールド電極によって制御されていること
を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像
形成装置である。

【００３１】請求項６の発明は、上記飛翔電界の形成領
域が、上記シールド電極の上記担持体と上記ゲート電極
に対する相対位置または相対的電位差によって制御され
ていることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置で
ある。

【００３２】請求項７の発明は、上記飛翔電界の形成領
域が、上記ゲート電極に対して異なるように変化するこ
とを特徴とする請求項５記載の画像形成装置である。

【００３３】請求項８の発明は、上記飛翔電界の形成領
域の変化が、該ゲートと該顕像剤の距離もしくは上記制
御手段によって形成される電界の強度に応じて制御され
ることを特徴とする請求項７記載の画像形成装置であ
る。

【００３４】請求項９の発明は、上記飛翔電界の形成領
域の変化が、上記ゲート電極の大きさと上記シールド電
極に形成される開口部径の比によって制御されることを
特徴とする請求項７記載の画像形成装置である。

【００３５】請求項１０の発明は、上記顕像剤の特性ま
たは上記担持体に担持された状態での顕像剤の帯電量を
検出する検出手段を備え、上記制御手段が該検出手段の
検出値に基づいて上記飛翔電界の形成領域を制御するこ
とを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載の画
像形成装置である。

【００３６】以上述べたように、請求項１〜３の発明に
おいては、シールド電極あるいはＯＦＦ電位のゲート電
極に、トナー担持体に担持されたトナー層の表面電位と
同電位を印加するのでトナー層と制御電極間に電位差が
生じず電界が形成されない。こうして、トナーの帯電極
性に関わらずトナーが該電極に移動することがなく、該
電極に付着するトナーが発生しない。また請求項４の発
明においては、シールド電極とトナー飛翔制御電位が印
加される電極群が同一平面上に配置される。ゲート電極
をトナー担持体に近く配置でき、制御電位が小さくする
ことが可能である。従って、このために使用する電位の
切り換え手段の耐圧が小さくなって回路のコストダウン
が可能となる。さらに請求項５〜１０の発明において
は、シールド電極あるいはゲート電極によって、ゲート
電極の担持体または担持体に担持されたトナーに対する
飛翔電界の形成領域を調整する。従って、所望のトナー
飛翔量が容易に得られるように制御される。こうして良
好な画像形成が可能となる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る画
像形成装置の全体的構成を示す概略断面図であり、図２
は、この画像形成装置の主要部分の概略構成図である。
尚、以下の説明においては、負帯電のトナーに対応する
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。，

【００３８】＜装置の構成＞この画像形成装置は、従来
技術で説明した構成とほぼ同じであり、トナー供給路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共に、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紙上に画像を直
接形成するものである。

【００３９】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、供給された用紙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。上記の
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。

【００４０】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１
２、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。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。温度センサ１５は、加熱ローラ１２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。

【００４１】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を加熱若しく
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。また、図示しないが、定着部１１からの
用紙の出紙側には、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。上記の加熱
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駆動される。

【００４２】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２
０、トナー２１を磁気力により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
ると共に、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６μｍの磁性トナーであ
り、ドクターブレード２３により、例えば帯電量が−４
μＣ／ｇ〜−５μＣ／ｇとなるように電荷が付与されて
いる。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２
１の平均粒径や帯電量等は、特に限定されるものではな
い。

【００４３】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。また、トナー担持体
２２は接地されると共に、トナー担持体２２内部におけ
るドクターブレード２３と対向する位置および、制御電
極２６（後述する）と対向する位置に、図示しない磁石
が配置されている。これにより、トナー担持体２２は、
その外周面にトナー２１を担持することができるように
なっている。また、トナー担持体２２の外周面に担持さ
れたトナー２１は、該外周面における上記位置に対応す
る位置で穂立ちを形成する。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、磁気力によりトナー２１を担持する代わ
りに、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。

【００４４】顕像形成部１の印刷部３は、トナーの飛翔
を制御する制御電極２６と、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と、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。

【００４５】上記の対向電極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はポリフッ化ビニリデン
（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（制御手段）３０により、例えば
２．３kVの高圧が印加されている。つまり、対向電極２
５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。

【００４６】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。

【００４７】上記のクリーニングブレード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２
１によって汚染されることを防止する。尚、対向電極２
５の材質は、特に限定されるものではない。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。

【００４８】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。

【００４９】上記の制御電極２６は、対向電極２５表面
の接線方向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方向へのトナー流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。

【００５０】上記の制御電極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（ゲート電
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。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（ゲート電極）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、上記基板２６ａの対向電極２５側に
所定の配列に従って配置されている。また、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。

【００５１】また、シールド電極３９も同じく銅箔から
なり表面に絶縁体層２６ｂを有する構成となって絶縁性
基板２６ａに対して上記トナー担持体２２側に配置され
ている。該シールド電極３９には上記ゲート２９に対す
る位置に２６０μｍの開口部が設けられている。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２２０μｍの開口部が設けられている。

【００５２】ゲート２９の大きさや、基板２６ａおよび
リング状電極２７及びシールド電極３９の材質や厚さ等
は、特に限定されるものではない。尚、リング状電極２
７の個数は、所望の解像度での良好な印字が可能ならば
特に限定されるものではない。また、上記リング状電極
２７表面および給電線４１表面は、厚さ３０μｍの絶縁
体層２６ｂ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
との間の絶縁性が確保されている。尚、絶縁体層２６ｂ
の材質や厚さ等は、特に限定されるものではない。

【００５３】さらに上記基板２６ａのトナー担持体２２
側には上記ゲート２９に対応した位置に後述の開口部径
を有する厚さ１８μｍの銅箔からなるシールド電極３９
が配置されている。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。上記のゲート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。

【００５４】また、上記シールド電極３９表面とリング
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
との間の絶縁性及び上記トナー担持体２２や対向電極２
５との絶縁が確保されている。尚、絶縁体層の材質や厚
さ等は、特に限定されるものではない。各リング状電極
２７の上方には径が２００μｍの開口部が設けられてい
る。

【００５５】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
には例えば１５０Ｖを印加し、通過させない場合には例
えば−２００Ｖを印加するようになっている。また、制
御電極２６に配されたシールド電極３９にはシールド電
源４０からシールド電位−３０Ｖが供給され、制御電極
２６にトナー２１が付着するのを防止し、または該制御
電極２６に付着したトナー２１をトナー担持体２２から
除去する効果を有する。

【００５６】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。

【００５７】上記の画像形成装置はコンピューターやワ
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。

【００５８】＜装置の動作＞次に、上述したような画像
形成装置としてのディジタル複写機の複写の動作につい
て、図４に示すフローチャートに沿って説明する。先
ず、使用者が画像読取部（符号なし）に複写すべき原稿
を載置してコピースタートボタン（図示なし）を操作す
ると、この画像読取部は原稿から画像を読み取る動作を
開始する（ステップＳ１）。画像読取部により原稿の画
像を読み取って得られる画像データは、画像処理部（図
示なし）で画像処理され（ステップＳ２）、画像メモリ
（図示なし）に記憶される（ステップＳ３）。この画像
データはさらに画像形成制御ユニット（図示なし）に転
送され（ステップＳ４）、制御電極制御信号に変換され
る（ステップＳ５）。

【００５９】また、画像形成制御ユニットは、所定量の
制御電極制御信号を得ると（ステップＳ６；ＹＥＳ）、
図示しない駆動装置を制御して、画像形成部１のトナー
担持体２２（スリーブ）の回転を開始させ（ステップＳ
８）、制御電極のリング状電極に−２００Ｖを印加する
（ステップＳ９）。対向電極２５と帯電ブラシ１４と除
電ブラシ３２とにそれぞれ所定の電圧を印加し、誘電体
ベルト２４を駆動する（ステップＳ１０）。所望の制御
電極信号でない場合（ステップＳ６；ＮＯ）、このフロ
ーが中断され、エラー表示が行われる（ステップＳ
７）。

【００６０】次に、給紙装置１０のピックアップローラ
６を作動させ（ステップＳ１１）、記録紙５を取り出
す。取り出された記録紙５は、レジストローラー９５に
より画像形成部１に送り出され、記録紙吸着機構に吸着
された状態で対向電極２５の平面部の上に所定の速度で
給紙される。給紙が正常に行われていると（ステップＳ
１２；ＹＥＳ）、画像形成制御ユニットが記録紙５の給
紙（搬送）に同期したタイミングで制御電極制御信号を
制御電源部３１に与える。制御電源部３１は、与えられ
た制御電極制御信号に従って駆動信号（画像制御電位）
を制御電極２６に印加して（ステップＳ１４）、トナー
流の飛翔軌道を制御し、記録紙５にトナー像を形成する
（印字する）。なお、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り異なる。給紙が正常に行われ
ていなければ、（ステップＳ１２；ＮＯ）、このフロー
が中断され、エラー表示が行われる（ステップＳ１
３）。

【００６１】このトナー像は、定着部１１により加熱し
ながら加圧され、記録紙５に定着された後、排紙ローラ
ーにより排紙トレイ上に排出される。そして、正常に排
出されたことを排紙センサが検出して、印字（画像形成
の動作）が正常に終了したと判断されると（ステップＳ
１５；ＹＥＳ）、上述のステップＳ１に戻って、次の原
稿の読み取り動作に移る。

【００６２】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
単化されると共に、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。

【００６３】＜画像形成部の動作＞更に、画像形成部１
の動作について詳述する。上記の実施形態である画像形
成装置をコンピューターの出力端末機の印字部分として
使用する場合も、デ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なんら相違
点を有しない。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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に印加する電位及びゲート２９直下
での用紙５の表面電位もまたトナー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。ま
た、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。

【００６７】＜本発明に係る制御電極＞本発明では、トナー層の表面電位と同電位をシールド電
源４０によってシールド電極３９に印加してトナー層の
表面とシールド電極３９との間の電位差を無くして、該
電位差によって生じる電界によるトナー２１の飛翔を防
ぎ、上記のトナー２１付着を回避している。上記の実施
形態ではトナー２１層の表面電位は−３０Ｖであるので
シールド電源４０から−３０Ｖをシールド電極３９に供
給している。

【００６８】また、上記実施形態ではリング状電極２７
に印加するＯＦＦ電位としては−２００Ｖを印加してい
る。従って上記の如く逆帯電トナーがリング状電極２７
に付着する場合がある。通常はリング状電極２７の電位
がＯＮ電位（１５０Ｖ）に切り替えられてトナー２１飛
翔が行われる際に該逆帯電トナーは除去される。しか
し、使用するトナー２１の特性や装置の使用環境によっ
ては該付着トナー２１が除去されず、［発明が解決しよ
うとする課題］で述べた不具合を発生させる。この不具
合を回避するためにリング状電極２７に印加するＯＦＦ
電位として上記のようなトナー担持体２２に担持された
トナー２１の表面電位と同電位を印加してもよい。この
場合は対向電極２５の電位や制御電極２６の位置などを
適宜適正な値に調整する必要がある。

【００６９】また、上記実施形態ではシールド電源４０
の出力電位は−３０Ｖで一定としている。使用するトナ
ーの特性によってトナー２１層の表面電位が容易に変動
する場合がある。例えば装置の使用環境が変動した場合
や、ブレード２３を始めとする装置の各部材が老朽した
場合などでは、トナー層の表面電位が変動することが容
易に起こりうる。従ってトナー２１層の表面電位が変動
するので、一定のシールド電位を供給すると上記の如く
トナー層の最表面のトナー２１との間に電位差が生じ
る。そして、該電位差によって形成される電界でトナー
２１が飛翔して付着トナーが容易に発生し、不具合を発
生する。このような場合はシールド電源の出力電位を可
変にして上記シールド電極３９やリング状電極２７に出
力してもよい。そして、図５に示すように、別途トナー
２１層の表面電位を測定する検出手段４５を設けて、該
検出手段４５によってトナー２１層の表面電位を測定し
て該表面電位と同電位を出力できるシールド電源４６を
配置して該電位を出力する構成とするのがよい。

【００７０】また、シールド電極３９とリング状電極２
７の配置として、図６のようにシールド電極３９とリン
グ状電極２７を同一平面状に構成してもよい。図６では
リング状電極２７と制御電源部３１を接続する給電線４
１を、シールド電極３９の対向電極２５側に配置して、
シールド電極３９とリング状電極２７を同一平面状に配
置する構成となっている。このような構成では給電線４
１がシールド電極３９によって電気的に上記トナー担持
体２２に担持されたトナー２１に対して隠されるので、
上記の不具合が全く発生しない。また、このような構成
ではリング状電極２７をよりトナー担持体２２に近接で
きるので、トナー２１飛翔制御の為に必要な電位差がよ
り小さくできる。従って、電位の切り換え手段として使
用するトランジスタの耐圧が小さくなり、電位切り換え
手段のコストダウンが可能となるさらなる効果をもたら
す。

【００７１】尚、上記のシールド電源４０の出力電位は
特に限定されるものではない。また、本実施形態では開
口部の一つ一つをそれぞれ一つの電極を使用して制御す
るシングルドライブを適用した制御電極２６を使用した
が、マトリックス制御を使用したマトリックスドライブ
を適用する図７のような制御電極２６を使用しても全く
同様な効果が得られる。このマトリックス制御による電
極を使用した場合には必要なドライバーの数が大幅に削
減できる。例えば図７の制御電極の場合は図３の制御電
極に比較すると、必要なドライバーの数は約１／４に減
少し、大幅な部品点数の削減と装置の小型化・コストダ
ウンが可能となる。

【００７２】図８は、他の制御電極２６を示す構成図で
ある。基本的には図８の制御電極と同じ構成であるの
で、同一部分には同一符号を付す。図９は、この制御電
極のＡ−ＡＡにおける断面図である。

【００７３】制御電極２６の断面は図９のようにシール
ド電極３９の開口部径が制御電極２６とトナー担持体２
２との間の距離に因って異なっている。ゲート２９−ｎ
と２９−ｎ＋３では２６０μｍ、ゲート２９−ｎ＋１と
２９−ｎ＋２は２２０μｍの開口部が設けられている。
上記実施形態の構成ではシールド電極３９の開口部径を
変えると、ゲート２９を飛翔するトナー２１量が調節可
能となっている。例えば図１０のようにシールド電極３
９の開口部径を大きくすると、飛翔するトナー２１量が
増大する。本実施形態ではシールド電極３９開口径が３
５０μｍ以上ではトナー飛翔量がシールド電極３９によ
って影響を受けず飛翔量が一定値に落ち着く。逆にシー
ルド電極３９開口径を小さくすると飛翔量が減少し、図
１０においては開口部径が１８０μｍを下回ると飛翔が
起こらない。図１０ではシールド電極３９開口部径が４
４０μｍにおけるトナー飛翔量で各飛翔量を規格化して
いる。図１０のような特性における各値、例えば図１０
におけるトナー量が飽和する３５０μｍやトナー飛翔が
起こらない１８０μｍの値は、使用するトナー２１の特
性やトナー担持体２２に担持された状態、リング状電極
２７の位置や開口径、電位によって容易に変化するの
で、特に限定されない。

【００７４】従って図１０のように特性は、シールド電
極３９のトナー担持体２２とリング状電極２７に対する
相対位置やシールド電極３９の電位を変数として横軸に
取った場合に対しても同様に得られる。例えば図１０の
ような特性はシールド電極３９の位置制御によっても得
られるが位置精度として非常に高精度が要求され、画像
形成装置の構成上、上記の位置精度の確保が困難となる
場合は、上記のシールド電極３９開口部径による制御、
または電位による制御が望ましい。

【００７５】一方、位置精度において高精度が容易に得
られる場合は、シールド電極３９の位置によって上記制
御が可能となり、並行して電位を制御することにより確
実且つ細かい制御が可能となる。シールド電極３９位置
やシールド電極３９の電位または開口部径等のパラメー
タのうち、どのパラメータが最も有効であるかは使用す
る画像形成装置の特性によって異なるので、該画像形成
装置の特性によって適宜決定すればよい。

【００７６】図１０に代表される、これらの特性は、上
記のシールド電極３９の開口部径、位置、電位によっ
て、リング状電極２７のトナー担持体２２表面に対する
露出度が変化する。これは、トナー担持体２２表面に形
成されるトナー２１の飛翔可能な領域が変化するためで
ある。従って上記の実施形態ではシールド電極３９の開
口部径、位置、電位によって容易にトナー２１飛翔量を
可変することが可能となる。上記従来技術においてはト
ナー２１の飛翔量を調節するためにリング状電極２７に
印加する電位を可変することが考えられるが、電位の切
り換え手段として使用するＦＥＴの耐圧などが上昇して
回路の部品点数の増加と装置の大型化・コストアップは
避けられない。しかし上記の実施形態の構成では上記の
ようにシールド電極３９に印加する電位を変える場合で
も電位の切り換え手段が不要であるので、切り換え手段
のコストアップがない。このほかにシールド電極３９の
開口部径や位置を変えることによってトナー２１飛翔量
を調節する場合は、シールド電極３９の電位を変える場
合と違って電源の数が増加しないので、電源関係のコス
トアップが全く生じない。

【００７７】上記実施形態では上記の構造によって各リ
ング状電極２７の電気的な露出度をトナー担持体２２と
の距離に応じて変化させている。例えばトナー担持体２
２との距離が長いゲート２９−ｎと２９−ｎ＋３は、シ
ールド電極３９の開口部径を大きくしてトナー担持体２
２に形成される電界の形成領域を大きくし、飛翔するト
ナー２１量が増大する。逆にシールド電極３９の開口部
がリング状電極２７の開口部に対してさほど大きくない
場合は、該リング状電極２７電位に因ってトナー担持体
２２表面に形成されるトナー２１飛翔電界の形成領域
が、該シールド電極３９の電位によって狭められること
となり、飛翔するトナー２１量が減少する。

【００７８】上記従来技術のような電極形状では、ゲー
ト２９−ｎや２９−ｎ＋３のように、トナー担持体２２
との距離が、他のゲート２９−ｎ＋１や２９−ｎ＋２と
比較して大きい。従って、リング状電極２７−ｎ＋１や
２７−ｎ＋２と同電位を、リング状電極２７−ｎや２９
−ｎ＋３に印加した場合は、該電位によって形成される
トナー２１を飛翔させる電界が、ゲート２９−ｎ＋１や
２９−ｎ＋２の場合と比較して弱くかつ、該電界の形成
領域が小さくなる傾向がある。この場合、ゲート２９−
ｎや２９−ｎ＋３のようなゲート２９（以後端部ゲート
２９）では、十分なトナー２１飛翔が得られず、コント
ラストの十分な画像形成ができないので、ハーフトーン
の忠実な再現が困難である。さらに、中央部のゲート２
９−ｎ＋１や２９−ｎ＋２（以後中央部ゲート２９）の
ように比較的トナー担持体２２との距離が短いゲート２
９では、トナー２１の飛翔量が多いので端部ゲート２９
と中央部ゲート２９の濃度差が発生して画像劣化が発生
していた。

【００７９】一方、端部ゲート２９のトナー飛翔量を十
分にした場合は、中央部ゲート２９のトナー２１飛翔が
必要以上に大きくなって、トナー２１消費量が不必要に
増加する他に画像そのものが不自然となって好適ではな
い。しかし、上記実施形態では上記のような構造によ
り、リング状電極２７の電位によって、トナー２１が飛
翔可能な電界の形成領域を調節して、任意のゲート２９
に対して飛翔するトナー２１量を均一若しくは所望の量
に調整している。従って、上記の不具合が発生せず任意
のゲート２９に対して均一若しくは所望の量のトナー２
１飛翔が可能で良好な画像形成が可能となっている。

【００８０】制御電極の他の実施形態を図１１に示す。
図１１では制御電極２６とトナー担持体２２との距離に
よってシールド電極３９の開口部ではなく、リング状電
極２７の開口部の大きさを変えている。これによって端
部ゲート２９と中央部ゲート２９のトナー２１飛翔量を
均一に制御して良好な画像形成が可能となっている。

【００８１】ただし、上記図１１のような構成において
は、リング状電極２７が大きくなる部分、例えばリング
状電極２７−ｎ＋１や２７−ｎ＋２が存在する。制御電
極２６のゲート２９配置や画像の解像度、給電線の配置
や太さなどによってリング状電極２７が十分に大きくで
きない場合は、上記図８のような形状とするのが好適で
ある。図８の形態ではシールド電極３９の開口部の大き
さだけが問題となるので、上記のパターンの問題が全く
発生しない。

【００８２】制御電極の他の形態を図１２に示す。図１
２では制御電極２６のシールド電極３９を制御電極２６
とトナー担持体２２の位置によって分割（図１２ではシ
ールド電極３９−１〜４に４分割）している。さらに各
シールド電極３９−１と３９−４及びシールド電極３９
−２と３９−３には、シールド電源４０−１と４０−２
からそれぞれ−１０Ｖと−５０Ｖが印加される。即ちト
ナー担持体２２と制御電極２６の距離によって、シール
ド電極３９の開口部ではなくシールド電極３９電位の大
きさを変えている。これによって端部ゲート２９と中央
部ゲート２９に対向する領域に形成される電界を制御し
て端部ゲート２９と中央部ゲート２９のトナー２１飛翔
量を均一化して良好な画像形成が可能としている。

【００８３】図１２に対して各ゲート２９に均一なトナ
ー２１飛翔を得るためにトナー担持体２２と制御電極２
６との距離によってリング状電極２７に印加する電位を
変えることが考えられる。この場合は印加する電位によ
っては電位の切り換え手段に使用するＦＥＴの耐圧を上
げなければならず、ＦＥＴのコストアップが必要とな
る。しかし上記図７のような実施形態では電位の切り替
えが必要ないのでＦＥＴによるコストアップは全く発生
しない。さらにリング状電極２７の開口部とシールド電
極３９の開口部径の差が小さくなると、開口部同士の位
置合わせに対して非常に高精度が要求される場合が生じ
うる。しかし図７のような構成では上記のリング状電極
２７とシールド電極３９の開口部径比を比較的大きくす
ることが可能で、位置合わせのマージンを比較的大きく
することができる。

【００８４】制御電極の他の形態を図１３に示す。図１
３ではシールド電極３９開口部とリング状電極２７の形
状に注目するのでゲート２９の記述は省略する。図１３
は図１２と同様にシールド電極３９が４つに分割されて
いる。しかしシールド電極３９に印加する電位を変えて
いるのではなくシールド電極３９間の開口部径が変化
し、これによって各リング状電極２７の露出度が変化し
ている。この構成では上記図７のようにシールド電源４
０が多数必要でなく電源コストアップが回避できる。

【００８５】図１３では単一のシールド電極３９の開口
部は一定の径を有しているので、各シールド電極３９の
作成時の工程が単純であってコストアップが少ないが、
より細かなトナー飛翔制御が必要である。従って、各シ
ールド電極３９にゲート２９の列が複数配置される場合
は図１４のような構成となってもよい。図１４のような
場合は、図１５のように各シールド電極３９内で開口部
の変化を付けるとトナー担持体２２表面の電界形成に対
して更に細かい制御またはより十分な制御が可能で、各
ゲート２９のトナー２１飛翔量の調整をする上で更に好
適である。しかし、上記のようにリング状電極２７とシ
ールド電極３９の開口部の位置合わせにマージンが大き
く取れない場合は図１４のような構成が比較的好適であ
る。

【００８６】この他に使用する環境によっては、例えば
高温高湿時には図１３〜１５のような形状の制御電極２
６では完全にゲート２９のトナー２１通過量を均一にす
ることが困難となりうる。この場合は図１６のようにシ
ールド電極３９を分割してシールド電源４０−１と４０
−２によって、各シールド電極にそれぞれ適切な電位を
印加してさらに開口部径に変化を付けることが好適であ
る。開口部の変化量は図１１のように各ゲート２９毎に
調節するのが理想的であるが、図１４のように各シール
ド電極３９ごとに調節してもよい。

【００８７】上記の実施形態ではリング状電極２７の開
口部とシールド電極３９の開口部径の比とシールド電極
３９の印加電位に注目してリング状電極２７の電気的露
出度を制御している。しかし開口部の位置合わせにおい
て上記実施形態ではマージンが小さくなってコストアッ
プの要因になりうる。または電源数が増加してやはりコ
ストアップを招来しうる。この場合は図１７のようにシ
ールド電極３９の配置位置をリング状電極２７とトナー
担持体２２の位置に応じて適宜調整して配置してもよ
い。図１７において、トナー担持体２２と接近して配置
されたリング状電極２７−ｎ＋２と２７−ｎ＋１に対し
ては、シールド電極３９−２をリング状電極２７−ｎ＋
１と２７−ｎ＋２に対して離してトナー担持体２２に近
接して配置する。そして、リング状電極２７−ｎと２７
−ｎ＋３にはシールド電極３９−１と３９−３をそれぞ
れシールド電極３９−２よりリング状電極２７に近接し
て配置する。このような配置とすることで上記のリング
状電極２７のトナー担持体２２に対する露出度が均一化
されて均一なトナー２１飛翔が得られる。

【００８８】また、図１７の構成によって上記の飛翔均
一化が不十分な場合やより細かな均一化が必要な場合
は、図１８や図１９・図２０のようにシールド電極３９
の開口部径を変えたり印加する電位を調節することが有
効となる。図１８では、シールド電極３９の開口部を端
部ゲート２９では大きくなるように、または中央部ゲー
ト２９では小さくなるように構成している。しかし図１
８の構成では上記のようにシールド電極３９開口部とリ
ング状電極２７開口部の径の差が小さくなって位置合わ
せに困難が生じる場合は、図１９のように一定な開口部
径を有する各シールド電極３９に印加する電位を変化さ
せてもよい。図１９はシールド電極３９−１と３９−３
にはシールド電源４０−１、シールド電極３９−２には
シールド電源４０−２を接続して、それぞれ−１０Ｖと
−５０Ｖを印加している。この場合は上記開口部差が比
較的大きくなり、開口部同士の位置合わせのマージンが
大きく取れ、位置合わせによる歩留まり等の悪化がな
い。

【００８９】使用環境の悪化などによって、さらに十分
な上記の飛翔均一化が必要な場合やより細かな均一化が
要求される場合があり得る。この場合は、図２０のよう
にシールド電極３９の位置と開口部径と印加電位の制御
によって、より高精度な、より十分な飛翔の均一化が実
現できる。

【００９０】上記の実施形態では制御電極２６に配置さ
れた電極は円形の開口部を有する構成であったが、電極
形状は所望のトナー２１飛翔制御が得られれば特に限定
されるものではなく、例えば図２１のような半月状の半
月電極２７ｃであってもよい。図２１はシールド電極３
９の開口部の径をトナー担持体２２の距離に応じて変化
させた場合を示しているが、この他にシールド電極３９
開口部と該半月電極２７ｃの大きさ及びシールド電極３
９電位に本発明を適用し、同様な効果を得ることが可能
で良好な画像形成を実現することができる。

【００９１】上記の実施形態の画像形成装置が使用され
る環境が異なった場合、例えば高温高湿環境で使用され
た場合は、使用するトナー２１によって、トナー２１の
特性値、例えば帯電量や凝集力が変化し、飛翔状況が変
化する場合が容易に発生しうる。この場合は、例えばト
ナー２１層の表面電位を測定するプローブ（図５参照）
等をゲート２９に対向する領域の上流側に配置して帯電
量を間接的に測定して、該測定値によって、シールド電
極３９の電位を良好なトナー２１飛翔がえられるように
調節することが望ましい。シールド電極３９の電位を調
節することが電源を複雑になりうるが、他のパラメータ
ーを可変するよりも最も容易に実現できるので該電位の
制御が好適である。しかし他のパラメーターの調節が容
易ならば該パラメーターの制御によってもよい。

【００９２】さらに上記実施形態ではゲート２９のトナ
ー２１飛翔制御は個々のゲート２９を一つの電極で制御
するシングルドライブの場合において説明したが、図１
７のようなマトリックス制御によるマトリックス電極を
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２２はシールド電極３９の開口部
の径をトナー担持体２２の距離に応じて変化させた場合
を示しているがこの他にシールド電極３９開口部と帯状
電極２７ａ，２７ｂの開口部の大きさ及びシールド電極
３９電位に本発明を適用して同様な効果を得ることが可
能で、良好な画像形成を実現することができる。

【００９３】＜カラー画像形成装置＞上記の実施形態で
はモノクロの画像形成装置を例に説明したが、本発明は
カラーの画像形成装置とした場合は更にその効果が得ら
れる。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、例えばイエロー、マゼン
ダ、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２３では、イエロー、マゼンダ、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。

【００９４】カラー画像形成装置の場合において、制御
電極へのトナー付着により、所望のトナー飛翔制御が困
難となった場合、また、端部ゲート２９と中央部ゲート
２９でのトナー飛翔量が異なることによる不具合が発生
した場合には、所望のドット径や濃度が得られず、この
ために適切な色再現が得られなくなるといった新たな問
題を招来する。特に上記４種類のトナー２１の中に特に
逆帯電トナー２１が多く存在する色トナー２１がある場
合は、該逆帯電トナー２１が多く存在する色のトナー２
１を担持する現像槽において上記の不具合が発生しやす
く該トナー２１の色だけが良好な飛翔制御が行えず、こ
のために所望の色再現が困難となる場合が発生する。し
かし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。

【００９５】＜その他＞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
おいては、上記と同様の作用・効果を奏することができ
る。

【００９６】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。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。

【００９７】

【発明の効果】請求項１の構成によれば、シールド電極
に、トナー担持体に担持されたトナー層の表面電位と同
電位を印加するのでトナー層とシールド電極間に電位差
が生じず電界が形成されない。このため、トナーの帯電
極性に関わらずトナーがシールド電極に移動することが
なく、シールド電極に付着するトナーが発生しない。従
って、付着トナーが蓄積されることによるゲートの目詰
まりなどの上記の種々の不具合を回避でき、良好な画像
形成が得られる。

【００９８】請求項２の構成によれば、ＯＦＦ電位とし
てトナーに与える電位を、トナー担持体に担持されたト
ナー層の表面電位と同電位を印加するので、トナー層と
制御電極のゲート電極の間に電位差が生じず電界が形成
されない。このため、トナーの帯電極性に関わらずトナ
ーが制御電極のゲート電極に移動することがなく、ゲー
トに付着するトナーが発生しない。従って、付着トナー
が蓄積されることによるゲートの目詰まりなどの上記の
種々の不具合を回避でき良好な画像形成が得られる。

【００９９】請求項３の構成によれば、以上のようにト
ナー担持体に担持されたトナー層の表面電位を測定して
該電位と同電位を制御電極の必要な電極に印加するの
で、トナー層と該電位を印加する電極間に電位差が生じ
ず、電界が形成されない。このため、トナーの帯電極性
に関わらずトナーが該電極に移動することがなく、該電
極に付着するトナーが発生しない。従って該付着トナー
が蓄積されることによるゲートの目詰まりなどの上記の
種々の不具合を、トナー層の表面電位が容易に変化しう
る場合にも種々の不具合を回避でき良好な画像形成が得
られる。

【０１００】請求項４の構成によれば、シールド電極と
トナー飛翔制御電位が印加されるゲート電極が同一平面
上に配置されるので、よりゲート電極をトナー担持体に
近く配置でき、制御電位が小さくすることが可能であ
る。従って、このために使用する電位の切り換え手段の
耐圧が小さくなって回路のコストダウンが可能となる。

【０１０１】請求項５の構成によれば、シールド電極に
よってゲート電極の担持体または担持体に担持されたト
ナーに対する飛翔電界の形成領域を調整することによっ
て、所望のトナー飛翔量が容易に得られるように制御さ
れるので、良好な画像形成が可能となる。

【０１０２】請求項６の構成によれば、上記飛翔電界の
形成領域をシールド電極の担持体とゲート電極の相対位
置または相対的電位差によって調整するので、使用する
電源のコストアップがなくトナー飛翔領域の大きさを容
易に可変でき良好な画像形成が可能となる。

【０１０３】請求項７の構成によれば、各ゲートの特性
に応じて各ゲート電極の上記飛翔電界の形成領域が調節
できるので、より適切な飛翔電界の形成領域の調整が可
能でより良好な画像形成が維持できる。

【０１０４】請求項８の構成によれば、担持体と制御電
極の距離が均一でない場合は、トナーの飛翔制御のため
に電位が印加される電極によって形成される担持体表面
の電界形成領域が担持体との距離によって異なり得る。
この場合にシールド電極によって該ゲート電極の担持体
または担持体に担持されたトナーに対する飛翔電界の形
成領域を調整することによって、任意のゲートに均一ま
たは所望のトナー飛翔量が得られるように制御されるの
で、良好な画像形成が可能となる。

【０１０５】請求項９の構成によれば、ゲート電極とシ
ールド電極の開口部比によって該ゲート電極の飛翔電界
の形成領域を制御するので、コストアップなしに任意の
ゲートによって均一または所望のトナー飛翔制御が得ら
れ、良好な画像形成が可能となる。

【０１０６】請求項１０の構成によれば、画像形成装置
の使用環境によってトナーの飛翔状況が容易に変化する
場合に該状況変化に応じて、上記のシールド電極の電位
や位置を可変とするので、いかなる環境においても良好
な画像形成が維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る画像形成装置の全体的構成を示す
概略断面図である。

【図２】この画像形成装置の主要部分の概略構成図であ
る。

【図３】制御電極を示す構成図である。

【図４】画像形成装置の動作を示すフローチャートであ
る。

【図５】トナー層の表面電位を検出する検出手段を備え
た画像形成装置の要部概略図である。

【図６】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す断
面図である。

【図７】マトリックス状の制御電極を示す概略図であ
る。

【図８】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す概
略図である。

【図９】図８の制御電極の断面図である。

【図１０】シールド電極開口径とトナー飛翔量の関係を
示すグラフである。

【図１１】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
概略図である。

【図１２】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
概略図である。

【図１３】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
概略図である。

【図１４】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
概略図である。

【図１５】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
概略図である。

【図１６】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
概略図である。

【図１７】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
断面図である。

【図１８】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
断面図である。

【図１９】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示
す断面図である。

【図２０】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
断面図である。

【図２１】本発明に係る制御電極の他の実施形態を示す
概略図である。

【図２２】マトリックス状の制御電極を示す概略図であ
る。

【図２３】本発明に係るカラー画像形成装置を示す概略
図である。

【図２４】従来の画像形成装置を示す要部概略図であ
る。

【図２５】従来の画像形成装置のトナー飛翔部分を示す
要部断面図である。

【図２６】図２５の装置部分におけるトナー飛翔を示す
説明図である。

【図２７】図２５の装置部分におけるトナー飛翔を示す
説明図である。

【図２８】図２５の装置部分におけるトナー飛翔を示す
説明図である。

【図２９】図２５の装置部分におけるトナー飛翔を示す
説明図である。

【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２１トナー２２トナー担持体２５対向電極２６制御電極２７リング状電極２９ゲート３０高圧電源部３１制御電極部４０シールド電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立克巳大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (56)参考文献特開平４−332659（ＪＰ，Ａ) 特開平５−318811（ＪＰ，Ａ) 特開平６−210893（ＪＰ，Ａ) 特開平６−316101（ＪＰ，Ａ) 特開平７−89119（ＪＰ，Ａ) 特開平７−108708（ＪＰ，Ａ) 特開平７−68829（ＪＰ，Ａ) 特開平10−95138（ＪＰ，Ａ) 特開平９−193447（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B41J 2/385 G03G 15/05

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】顕像剤を担持する担持体と、上記担持体に対向配置された対向電極と、上記担持体と上記対向電極との間に配置された絶縁性基
板に、上記顕像剤の通過部となる複数個のゲートと、該
複数のゲート周囲に位置するゲート電極と、該ゲート電
極の少なくとも一部が覆われないようにした開口部を有
して前記ゲートの周囲に位置するシールド電極とを設け
た制御電極と、上記制御電極の個々の電極に少なくとも画像データに応
じた所定の電位を印加する制御手段と、を有し、上記制御手段によって上記ゲート電極の対応する電極に
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、上記制御電極と上記対向電極の間に搬
送された記録媒体に画像を形成する画像形成装置におい
て、上記制御手段は、上記シールド電極に印加する電位を、
上記担持体に担持された状態の上記顕像剤の表面電位の
変動に合わせて、該表面電位と同電位若しくは略同電位
となるように可変することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】顕像剤を担持する担持体と、上記担持体に対向配置された対向電極と、上記担持体と上記対向電極との間に配置された絶縁性基
板に、上記顕像剤の通過部となる複数個のゲートと、該
複数のゲート周囲に位置するゲート電極と、該ゲート電
極の少なくとも一部が覆われないようにした開口部を有
して前記ゲートの周囲に位置するシールド電極とを設け
た制御電極と、上記制御電極の個々の電極に少なくとも画像データに応
じた所定の電位を印加する制御手段と、を有し、上記制御手段によって上記ゲート電極の対応する電極に
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、上記制御電極と上記対向電極の間に搬
送された記録媒体に画像を形成する画像形成装置におい
て、上記制御手段は、上記ゲートに上記顕像剤を通過させな
い為に上記ゲート電極に印加する電位を、上記担持体に
担持された状態での該顕像剤の表面電位の変動に合わせ
て、該表面電位と同電位若しくは略同電位に可変するこ
とを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】顕像剤を担持する担持体と、上記担持体に対向配置された対向電極と、上記担持体と上記対向電極との間に配置された絶縁性基
板に、上記顕像剤の通過部となる複数個のゲートと、該
複数のゲート周囲に位置するゲート電極と、該ゲート電
極の少なくとも一部が覆われないようにした開口部を有
して前記ゲートの周囲に位置するシールド電極とを設け
た制御電極と、上記制御電極の個々の電極に少なくとも画像データに応
じた所定の電位を印加する制御手段と、を有し、上記制御手段によって上記ゲート電極の対応する電極に
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、上記制御電極と上記対向電極の間に搬
送された記録媒体に画像を形成する画像形成装置におい
て、上記制御手段は、さらに上記担持体に担持された顕像剤
の表面電位を検出する検出手段を有し、該検出手段によ
って検出された上記担持体に担持された顕像剤の表面電
位の変動に合わせて、該表面電位と同電位を上記の各電
極のうち少なくとも一つの電極に印加可能であることを
特徴とする画像形成装置。
【請求項４】上記制御電極に配置された上記シールド
電極と上記ゲート電極を同一平面上に配置し、上記ゲー
ト電極と上記制御手段とを接続する給電部材を上記シー
ルド電極に対して上記担持体の反対側に配置することを
特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形
成装置。
【請求項５】上記担持体に担持された上記顕像剤に対
する上記ゲート電極の飛翔電界の形成領域が、上記シー
ルド電極によって制御されていることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】上記飛翔電界の形成領域は、上記シール
ド電極の上記担持体と上記ゲート電極に対する相対位置
または相対的電位差によって制御されていることを特徴
とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】上記飛翔電界の形成領域は、上記ゲート
電極に対して異なるように変化することを特徴とする請
求項５記載の画像形成装置。
【請求項８】上記飛翔電界の形成領域の変化は、該ゲ
ートと該顕像剤の距離もしくは上記制御手段によって形
成される電界の強度に応じて制御されることを特徴とす
る請求項７記載の画像形成装置。
【請求項９】上記飛翔電界の形成領域の変化は、上記
ゲート電極の大きさと上記シールド電極に形成される開
口部径の比によって制御されることを特徴とする請求項
７記載の画像形成装置。
【請求項１０】上記顕像剤の特性または上記担持体に
担持された状態での顕像剤の帯電量を検出する検出手段
を備え、上記制御手段が該検出手段の検出値に基づいて
上記飛翔電界の形成領域を制御することを特徴とする請
求項５ないし９のいずれかに記載の画像形成装置。