(57)【要約】【課題】  空気圧によりトナーを飛翔させて記録紙に画像や文字等を直接形成する画像形成装置の提供。【解決手段】  圧縮空気発生装置５で発生した圧縮空気を、空気圧調整室６を介してノズル部材９に形成されたノズル９０に供給する。空気圧調整室６とノズル９０との間には空気バルブ８が設けられている。制御装置１０は入力装置１１から入力された画像信号に基づいて、空気バルブ８を開閉を制御し、空気圧調整室６からノズル９０に流入する圧縮空気のオン・オフを行う。空気圧調整室６からノズル９０に圧縮空気が流入して下方向に流れると、供給口９０ａからトナーＴがノズル９０内に引き出され、圧縮空気とともにノズル先端から吐出される。吐出されたトナーＴは記録用紙１４に付着し、記録用紙１４に画像が印刷される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された画像信号に基づいてトナー吐出用空気を制御し、トナーをノズルから吐出して被印刷体に転移させ、前記被印刷体に画像を印刷することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像形成装置において、
前記ノズルに圧縮空気を供給する圧縮空気発生部と、
前記トナーが充填されるトナータンクと、
前記トナータンクのトナーを前記ノズルへと導く供給路と、
前記圧縮空気発生部から前記ノズルへ流れる圧縮空気の流量を制御するバルブ機構と、
前記画像信号に基づいて、前記バルブ機構による圧縮空気の流量制御を行う制御手段とを備え、
前記バルブ機構で流量制御された圧縮空気により前記供給路から導かれたトナーを前記ノズルから吐出することを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項２に記載の画像形成装置において、
前記被印刷体に対して、前記圧縮空気発生部，前記トナータンク，前記供給路および前記バルブ機構を一体で走査させる走査機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の画像形成装置において、
前記圧縮空気発生部と前記ノズルとの間に、前記ノズルに供給される圧縮空気を調整する空気圧調整室を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記被印刷体を一方向に移動させつつ画像を印刷する画像形成装置であって、
前記ノズルを前記被印刷体の移動方向と直交する方向に複数配設し、各ノズル毎に前記バルブ機構を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記トナータンクおよび／または前記供給路に、前記トナーを攪拌する攪拌装置を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項６に記載の画像形成装置において、
前記攪拌装置は、前記トナータンクおよび／または前記供給路に振動を与えて前記トナーを攪拌することを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記トナーとして非帯電性トナーを用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧によりトナーを飛翔させて記録紙に画像や文字等を直接印刷する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを用いた従来の画像形成方法は、画像に対応する静電潜像を感光体上に形成し、トナーを現像ローラ等のトナー担持体から感光体上の静電潜像に付着させてトナー像を得た後、そのトナー像を記録用紙に転写するものであった。しかし、この画像形成方法では、感光体表面に静電潜像を形成する工程が必要であり、装置構成が複雑で大型となり、かつ装置コストが高いという問題があった。
【０００３】
そのため、トナーを飛翔させて画像を形成する装置が注目されている。そのような装置としては、トナーを静電気により飛翔させて画像を形成する静電式の装置（例えば、特許文献１参照）や、トナーを機械的に弾き飛ばして記録紙に付着させる方式（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００４】
静電式の場合、トナー担持体である帯電ローラに対向して記録電極と背面電極とを配置し、記録電極と背面電極との間に記録紙を搬送する。そして、記録電極に画像信号に応じた電圧を印加してトナーに静電気力を生じさせ、その電圧印加状態に応じてトナーを帯電ローラから記録紙に直接的に飛着させるようにしている。
【０００５】
一方、機械的にトナーを飛翔させる装置は、トナーが充填されるプリントセルの２次元アレーを備えており、各プリントセルにはトナーを弾き飛ばすマイクロアクチュエータがそれぞれ形成されている。これらのプリントセルは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）によって形成される。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１８５４３０号公報
【特許文献２】特開平１０−１１４０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、静電式の装置の場合にはトナー保持のための帯電ローラが必要なため、装置が大型化するとともにコストアップの要因となっている。また、印刷サイズは帯電ローラの大きさに依存するので、印刷サイズの大きなものは印刷が困難であった。さらに、トナーを静電気力で飛翔させるために高電圧が必要となり、高電圧対応の電子部品とする必要があるためコストアップの要因となっていた。
【０００８】
一方、ＭＥＭＳを用いた装置の場合、マイクロアクチュエータを有するプリントセルを多数集積する必要があり、さらに、各プリントセルにトナーを充填するためのトナー供給装置を設けたり、印刷に用いられなかったトナーのクリーニング機構を設けるなど、低コスト化が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明による画像形成装置は、入力された画像信号に基づいてトナー吐出用空気を制御し、トナーをノズルから吐出して被印刷体に転移させ、被印刷体に画像を印刷することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の画像形成装置において、ノズルに圧縮空気を供給する圧縮空気発生部と、トナーが充填されるトナータンクと、トナータンクのトナーを前記ノズルへと導く供給路と、圧縮空気発生部からノズルへ流れる圧縮空気の流量を制御するバルブ機構と、画像信号に基づいて、バルブ機構による圧縮空気の流量制御を行う制御手段とを備え、バルブ機構で流量制御された圧縮空気により供給路から導かれたトナーをノズルから吐出するようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項２に記載の画像形成装置において、被印刷体に対して、圧縮空気発生部，前記トナータンク，供給路およびバルブ機構を一体で走査させる走査機構を備えたものである。
請求項４の発明は、請求項２または３に記載の画像形成装置において、圧縮空気発生部とノズルとの間に、ノズルに供給される圧縮空気を調整する空気圧調整室を設けたものである。
請求項５の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の画像形成装置において、被印刷体を一方向に移動させつつ画像を印刷する画像形成装置であって、ノズルを被印刷体の移動方向と直交する方向に複数配設し、各ノズル毎にバルブ機構を設けたものである。
請求項６の発明は、請求項２〜５のいずれかに記載の画像形成装置において、トナータンクおよび／または供給路に、トナーを攪拌する攪拌装置を設けたものである。
請求項７の発明は、請求項６に記載の画像形成装置において、攪拌装置は、トナータンクおよび／または供給路に振動を与えてトナーを攪拌するものである。
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置において、トナーとして非帯電性トナーを用いたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、空気制御によりトナーをノズルから吐出して被印刷体に画像を形成するようにしたので、装置構成が簡素化され、小型化・低コスト化を図ることができる。さらに、バルブ機構と制御手段を設けてノズルから吐出されるトナーの量を制御することにより、階調制御を容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による画像形成装置の一実施の形態を示す図である。図１に示す画像形成装置は、記録用紙１４に対してトナーＴを吐出するプリンタヘッド１、走査モータ１２、走査機構１３、給紙ストッカ１７、搬送装置１８、定着装置１６を備えている。プリンタヘッド１は、走査モータ１２によって駆動される走査機構１３によってｙ方向に走査される。走査モータ１２には制御装置１０が接続されており、制御装置１０は入力装置１１から入力された画像データに基づいて走査モータ１２を駆動制御する。入力装置１１は、コンピュータ、メモリカード、通信ネットワーク端子、デジタルカメラ、スキャナなどが対応する。
【００１２】
給紙ストッカ１７には記録用紙１４が複数保持されており、給紙ストッカ１７から供給された記録用紙１４は搬送装置１８によってｘ方向に搬送される。定着装置１６は、記録用紙１４に付着したトナーＴを定着・固定するための装置であり、例えば、ローラや定着時に熱を与えるための加熱機構等を有している。
【００１３】
プリンタヘッド１には、トナータンク２，圧縮空気発生部５，空気圧調整室６，空気バルブ８，ノズル部材９および振動発生部３，４が設けられている。このように、トナー吐出に必要な構成部品をプリンタヘッド１として一体化し、走査機構１３によって走査するようにしているので、走査機構が簡素化される。圧縮空気発生部５にはエアコンプレッサ等が用いられ、圧縮空気発生部５で発生した圧縮空気は空気圧調整室６に送られる。空気圧調整室６には空気圧調整室６内の空圧を検出する空気圧センサ７が設けられており、空気圧センサ７の空圧信号は制御装置１０に入力される。制御装置１０は、空気圧センサ７からの空圧信号に基づいて、空気圧調整室６内の空圧が適正圧力となるように圧縮空気発生部５の動作を制御している。
【００１４】
ノズル部材９には、後述するようにｚ方向に延在する微少なノズル９０がｙ方向に沿って複数配設されている。各ノズル９０には空気バルブ８がそれぞれ設けられている。各ノズル９０は上述した空気圧調整室６にそれぞれ接続されており、各ノズル９０には同一圧力の圧縮空気が供給されるようになっている。空気バルブ８は圧縮空気のノズル９０への流入をオン・オフするバルブであり、制御装置１０からの制御信号に基づいてそれぞれ独立にオン・オフ動作をすることができる。なお、空気バルブ８は各ノズル９０毎に設けられている。
【００１５】
各ノズル９０にはトナータンク２からトナーＴを供給する供給口９０ａがそれぞれ形成されており、圧縮空気がノズル９０内を図示上方から下方に高速で流れることにより、トナーＴが供給口９０ａからノズル９０内へと引き出される。ノズル９０内に引き出されたトナーＴは、圧縮空気とともにノズル先端から記録用紙１４へと吐出される。
【００１６】
トナーＴの粒径は数μｍであり、ノズル９０の内径は１００μｍ程度またはそれ以下に設定されている。トナータンク２およびトナータンク２から供給口９０ａに向かう接続部２０の各側壁には、振動発生装置３，４が設けられている。これらの振動発生装置３，４によりトナーＴに微細振動を与えることで、トナーＴの流動性を向上させ、トナーＴが供給口９０ａへとスムーズに流れるようにさせることができる。振動発生装置３，４としては、例えば、モータの回転を利用して振動を発生するものでも良いし、圧電体を用いても良い。
【００１７】
トナーＴが付着した記録用紙１４は搬送装置１８によりｘ方向に搬送され、定着装置１６によって記録用紙１４に付着したトナーＴを定着・固定する。その結果、画像等が記録用紙１４に印刷され、その後、記録用紙１４は不図示の排出トレイに排出される。搬送装置１８および定着装置１６の駆動は、制御装置１０によって制御されている。
【００１８】
図２は図１に示すノズル部材９の詳細を示す図であり、図１のｘ方向から見た断面図である。ノズル部材９にはｙ方向に沿って複数のノズル９０が形成されており、各ノズル９０の上端は空気圧調整室６に接続されている。そのため、いずれのノズル９０にも同一圧力で圧縮空気が供給されることになる。
【００１９】
図２に示す例では、ノズル９０は３つのブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３に分けられており、第１ブロックＢ１に形成された複数のノズル９０の各供給口９０ａにはトナータンク２の接続部２０Ａが接続されている。同様に、第２ブロックＢ２に形成されたノズル９０の供給口９０ａにはトナータンク２の接続部２０Ｂが接続され、第３ブロックＢ３に形成されたノズル９０の供給口９０ａにはトナータンク２の接続部２０Ｃが接続されている。なお、ノズル部材９に用いられる材料としては静電気特性に優れたガラス材が適しているが、アースを確実に取れるならば金属材料を用いてもよい。いずれにしても、静電気の帯電しにくい構造とすることが必要であり、それによって静電気帯電による印刷精度の低下を防止できる。
【００２０】
なお、本実施の形態ではプリンタヘッド１をｙ方向に走査して記録用紙１４の幅いっぱいに印刷するようにしているが、ノズル９０を記録用紙１４の幅いっぱいに配設し、プリンタヘッド１をｙ方向に走査することなく印刷を行うようにしても良い。また、ノズル９０をｘ方向に複数段設けるようにしても良い。８０は各ノズル９０毎に設けられた空気バルブ８のバルブヘッドであり、詳細は後述する。
【００２１】
上述したように、同一トナータンク２に設けられた接続部２０Ａ〜２０Ｃを各ブロックＢ１〜Ｂ３に接続しても良いし、異なる色のトナータンクの各接続部２０Ａ〜２０Ｃを各ブロックＢ１〜Ｂ３に接続してカラー印刷を行うようにしても良い。例えば、イエロー、マゼンタ、シアンの各トナーが充填されたタンクを個別に接続部２０Ａ〜２０Ｃに接続し、混色によりカラー印刷を行う。
【００２２】
図３は空気バルブ８の構成を説明する図であり、図２のＤ−Ｄ断面を示したものである。ノズル９０の下部に形成された供給口９０ａには、トナータンク２の接続部２０Ａが接続されている。一方、ノズル９０の上部には空気バルブ８が設けられている。ノズル９０内に出入りするバルブヘッド８０は腕木８１の一端に固定されており、腕木８１の他端は圧電体８２に固定されている。腕木８１は支点８３に関して揺動する。圧電体８２には積層型の圧電体素子が用いられる。なお、バイモルフ型の圧電体素子を用いてバルブヘッド８０を直接駆動するようにしても良い。
【００２３】
圧電体８２により腕木８１の上端を左右に駆動すると、腕木８１の下端に固定されたバルブヘッド８０が右左に移動してノズル９０内への挿脱が行われる。図３に示す例ではバルブヘッド８０がノズル９０内に挿入された閉状態を示しており、空気圧調整室６からの圧縮空気のノズル９０への流入が阻止（オフ）される。一方、アクチュエータ８２により腕木８１の上端を右側に移動すると、バルブヘッド８０は左側に移動してノズル９０から抜き出されて開状態となる。その結果、ノズル９０内に圧縮空気が流入し、供給口９０ａから引き出されたトナーＴとともにノズル９０の下端から吐出される。なお、バルブヘッド８０の開度を調整することにより、ノズル９０から吐出される空気の圧力および流量を制御することができる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態ではバルブヘッド８０を圧電体により駆動したが、圧電体以外のアクチュエータを用いて駆動しても良い。さらに、図３に示した空気バルブ８の機構は一例を示したものであってこれらに限定されるものではなく、圧縮空気のオン・オフを行える機構であれば種々のバルブ機構を適用することができる。
【００２５】
図４は、印刷画像の濃度変調（階調制御）を説明する図である。本実施の形態では、図３に示した圧電体８２をｋＨｚオーダーの周波数で振動駆動させて、画像を構成する各ドットを形成する。圧電体８２をｋＨｚの周波数で振動駆動させて空気バルブ８の開閉動作を行わせると、記録用紙１４のほぼ同一位置にトナーＴを複数回吐出させることができる。そして、振動駆動時の各吐出における吐出空気圧および吐出時間は一定であるので、吐出回数によって１ドットの濃度を変化させることができる。
【００２６】
図４において、（ａ）は吐出回数と濃度との関係を示すグラフであり、横軸は吐出回数を表し、縦軸は１ドットの濃度を表している。吐出回数が増えるにつれて濃度も増加する。図４の（ｂ）は、吐出回数が１，４，７，１１，１４および１７回の場合の１ドットの印刷状態を示したものである。吐出回数が１回の場合には、トナーＴの粒子が分散して付着しており印刷濃度が薄いことがわかる。トナーＴの分布範囲はノズル９０の内径にほぼ等しく、ノズル内径が１００μｍであれば１ドットの直径は約１００μｍとなる。４回、７回と吐出回数が増加するにつれてトナー粒子の密度が増加し、吐出回数が１７回の場合には隙間の無いほぼ円形のドットが得られる。
【００２７】
このように、ほぼ同一位置にトナーＴを連続して複数回吐出することができるため、１ドット毎に濃淡を変えることができる。一方、従来の、トナー飛翔方式の画像形成装置では、帯電ローラやプリントセルからトナーを飛翔させる場合に、１回の飛翔動作により１ドットを形成しているので濃淡をつけることはできず、ドットの分布密度を変えて濃淡を表現する疑似階調表現（面積変調）を用いている。そのため、ドット毎に濃淡表現をすることができる本実施の形態の画像形成装置の方が階調表現能力に優れるとともに、階調表現の制御が容易となる。なお、空気バルブ８の開度や空気圧を調整することにより、一回の吐出で吐出されるトナーＴの量を変えることができる。そのため、吐出回数の違いによる濃度変化をより大きくしたり、より小さくしたりすることができる。
【００２８】
また、上述したように断続的に複数回吐出する代わりに、トナーＴを同一位置に連続的に吐出し、その吐出時間の長短によって１ドットの濃淡を制御するようにしても良い。さらに、吐出回数、吐出時間、空気圧を同時に制御するようにしても良く、より高度な印刷制御を行うことができる。
【００２９】
上述したように、本実施の形態による画像形成装置では、圧縮空気を利用してノズル９０からトナーＴを吐出して記録用紙１４に付着させ、画像を印刷するようにしたので、以下に述べるような効果を奏することができる。
（１）吐出回数や吐出時間を制御することにより１ドット毎に階調制御することができ、従来の疑似階調表現（面積変調）に比べて連続階調表現に優れている。
（２）トナーを記録用紙に吐出して直接付着させる方式であるため、静電潜像の形成やトナー付着などの中間プロセスが不要となり、装置の小型軽量化、低コスト化、省電力化を図ることができる。
（３）静電気力でトナーを飛翔させる方式のものに比べ、帯電ローラを使用しないので小型軽量化が図れるとともに、さらに高電圧部品を必要としないため低コスト化も図ることができる。さらに、プリンタヘッド１のｙ方向への走査範囲を拡大することにより大型プリントも容易に行うことができ、帯電ローラを用いる装置が抱えているような印刷サイズの制約が大幅に緩和される。
（４）圧縮空気を利用してトナーを吐出し、その吐出量を空気バルブ８の開閉動作や空気圧によって制御するようにしているので、静電気力を利用する装置のようにトナーの帯電特性を厳密に調整・管理する必要がなく、使用環境による印刷品質の差が生じにくい。また、非帯電性のトナーも使用することもでき、トナー選択に対して自由度が大きい。特に、非帯電性トナーを用いることにより、ノズル部材９等に静電気が帯電した場合でもトナー飛翔に対する帯電の影響を防止することができ、印刷精度の低下を防ぐことができる。
（５）ＭＥＭＳによる画像形成装置に比べ、トナー飛翔のための機構が簡素なためより低コストを実現でき、使用しなかったトナーに関するクリーニング機構も不要である。
【００３０】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、記録用紙１４は被印刷体を、接続部２０，２０Ａ〜２０Ｃおよび供給口９０ａは供給路を、空気バルブ８はバルブ機構を、振動発生部３，４は攪拌装置をそれぞれ構成する。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による画像形成装置の一実施の形態を示す図である。
【図２】ノズル部材９の詳細を示す図であり、図１のｘ方向から見た断面図である。
【図３】空気バルブ８の機構を説明する概念図である。
【図４】印刷画像の濃度変調を説明する図であり、（ａ）は吐出回数と濃度との関係を示すグラフを、（ｂ）は吐出回数と１ドット印刷状態との関係を示したものである。
【符号の説明】
【００３２】
１  プリンタヘッド
２  トナータンク
３，４  振動発生部
５  圧縮空気発生部
６  空気圧調整室
７  空気圧センサ
８  空気バルブ
９  ノズル部材
１０  制御装置
１１  入力装置
１２  走査モータ
１３  走査機構
１４  記録用紙
１６  定着装置
１７  給紙ストッカ
１８  搬送装置
２０，２０Ａ〜２０Ｃ  接続部
８０  バルブ部材
８２  圧電体
９０  ノズル
９０ａ  供給口
Ｔ  トナー
【図１】
2006082268.tif 000003
【図２】
2006082268.tif 000004
【図３】
2006082268.tif 000005
【図４】
2006082268.tif 000006