JPS63229471A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば電子写真装置に用いられ、防電体又
は受光容体（ホトリセノタ）等の潜像保持体に形成され
た静１！潜像を現像する現像装置に関する。

この種の現像装置として、非磁性−成分現像剤を使用し
た非接触現像タイプの現像方法が知られている。例えば
、米国特許番号第３．２３２．１９０号公報には、電子
写真感光体（像担持体）に対して、表面に非磁性−成分
現像剤（以下トナーとする）の薄層を担持したベルト（
現像剤担持体）を、相互に間隙を維持したまま対向させ
ている現像装置が開示されている。この従来の現像装置
において、ベルトに担持されているトナーは、静電気力
により、電子写真感光体の表面に形成された静電潜像へ
向かって飛翔し、静電潜像に付着してこれを現像してい
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、トナーは厳密には、その粒子径が均一でなく、
粒子径が大きい粒子と、粒子径が小さい粒子とが混在し
ている。このため、トナーを均一に帯電することができ
ないはかりか、所定の粒子径以下の粒子は逆の極性に帯
電することがある。

トナーの帯電が不十分であったり、逆極性のトナ−が混
在すると、現像後の画像濃度が不十分であったり、かぶ
シが生じたシするために、鮮明な画像が得られないとい
う問題点がある。

この発明は、斯る事惟に鑑みなされたもので、鮮明な画
像をえることができる現像装置の提供を目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明に係る現像装置は、靜を潜像が形成された像支
持体と間隙をあけて対向して設けられ、現像剤を担持す
る現像剤担持体と、現像剤担持体に現像剤を供給する現
像剤供給手段と、像支持体と現像剤担持体との間の前記
間隙に交番電界を与える交番電界手段とを備え、現像剤
を現像剤担持体から像支持体に向けて飛翔させて靜ｉｓ
像を現像する現像装置であって、前記交番電界手段は、
非画像領域に付着する現像剤の電荷の総和の絶対値が最
少となる周波数を印加することを特徴とする。

（作用） この発明に係る現像装置によれば、現像剤担持体と像支
持体との間に交番電界を与えて、現像剤を現像剤担持体
と像支持体との間を往復運動させる。この場合、交番電
界の周波数が高くなると、正規の極性に帯電する現像剤
においては、充分に帯電した現像剤のみが現像剤担持体
から飛翔して選択的に現像に寄与する。しかし、非画像
部においては、所定の値よシ周波数が増すと正規の極性
とは逆の極性に帯電している現像剤の付庸量が増す。そ
こで、非画像部に付着する現像剤全体の電荷の和の絶対
値が最少となる周波＃９を印加することによシ、充分に
摩擦帯電された正規の極性の現像剤を選択的に現像に寄
与させるとともに、逆極性に帯電している現像剤の付着
を最少限にする。

（実施例） 以下に添付図面の第１図乃至第５図を参照してこの発明
の実施例を詳細に説明する。尚、この実施例では、正規
現像を例に用いて説明する。

第１図に示すように、この発明に係る現像装置１０には
、現像剤を収納するホッパ１２と、ホ。

／ｆ１２内のトナーを感光体１４に向けて供給する現像
ローラ１６が矢印Ａ方向に回転可能に設けられている。

現像剤としては、樹脂及び着色剤を含んだ検電性粉体の
非磁性−成分現像剤（トナー）が用いられている。現像
ローラ１６の周面は、粗面化処理されておシ現像剤の摩
擦帯電と搬送とを容易にしている。現像ローラ１６の周
面には、ホｙ　・４１４に向けて延出されてた弾性ブレ
ードＩ８の自由端部が圧接されている。弾性ブレード１
８は、その自由端部が現像ローラ１６の回転と逆向きに
延出されているので弾性ブレード１８と現像ローラ１６
との表面によって形成されるくさび形状の空間部分が減
少し、この部分にトナーＴが埋め込まれることを防止で
きる。その結果、弾性ブレード１８によるトナーコーテ
ィング作用及びトナー帯電作用が均一して行われるので
安定なトナーＮ膜を形成することができる。弾性グレー
ド１８は、弾性材料であれば何でも良いが、ステンレス
スチール、りん青銅等のグレートが用いられることか好
ましい。板厚は、約０．１乃至０．４ｍが好ましく、現
像ロー５ｐ１６に対してニップ幅を形成するように配置
され、その中心が現像ロー２１６に対する押圧点となる
。この場合、弾性ブレード１８の自由端側の端から約１
乃至５簡離れた部分が押圧点となる。

ホｙ　ノ！　ｌ　２内には、更に現像ローラに現像剤を
供給する供給ローラ２０が現像ローラ１６に接して設け
られているとともに現像ロー２１６の回転方向Ａと逆方
向Ｃに回転するように構成されている。供給ローニア２
０は、回転軸２２にポリウレタンフォームのロー２２４
が設けられている。

現像ロール１６には、直流電圧及び交流電圧全重畳して
印加するバイアス［源２６が接続されている。現像ロー
ラ１６の下方には、回収グレード２８が圧接されており
、現像ローラ１６に残存しているトナーをホッパ１２内
に回収している。回収ブレード２８は、金属、グラスチ
、り又はゴム等の薄い板材が使用され、現像ローラに付
着したトナーを回収するとともに、ホッパ９１２からの
トナーＴＯ流出を防止している。

一方、現像ロー２１６と感光体１４とは、間隔ｄをあけ
て対向されており、感光体ドラムＩ４は、矢印Ｂ方向に
回転するよりに回転するように設けられているとともに
アースされている。間隔ｄは約０．１乃至０．５閣に設
定されている。感光体ドラム１４は、アルミニウムドラ
ム表面に感光層を形成して製造されている。

次に、この現像装置の動作について説明する。

ホラ・ぐ１２内のトナーＴは、供給ローラ１６の回転に
より攪拌されつつ現像ローラ１６へ供給される。現像ロ
ー２１６は、その表面の粗面部分によりトナー搬送力を
持つので、弾性ブレード１８の押圧力に抗してトナーＴ
を現像領域りに向けて搬送する。弾性グレードＪ８はこ
の場合、約１０乃至２００　／−７ｃｍの線圧力で圧す
る。現像ロー２１６では、トナーＴが弾性グレード１８
により押し圧されて薄層に形成されるとともに摩擦帯電
される。トナ一層の厚みは約８乃至８０μｍに形成され
る。トナーの帯電極性は現像すべき静電潜像の極性、正
規現像またＦｉ反転現像の選択によシ異なるが、ζこで
は正規の帯電極性としてプラスの極性に帯電するトナー
を用いている。摩擦帯電されたトナーでは、感光体１４
と対面する現像領域りに搬送される。

一方、感光体ドラム１４は、その表面に静電潜像（符号
「−」で示す）が形成された後、矢印Ｂ方向に沿って回
転されて現像領域りに搬送されてくる。現像領域りでは
、感光体１４と現像ロー２１６との間に間隙ｄが形成さ
れているから、現像領域りでは、現像ロー２１６に担持
されている現像剤は感光体１４の表面に向けて飛翔し、
静電気力により付着する。

バイアス電源２６からは、直流電圧が約５０乃至３００
Ｖ（ボルト）、交流電圧がそのマイナスピーク値が約１
．５乃至３．　ＯｋＶ　（キロボルト）に重畳したバイ
アス電圧を与える。直流電圧による力はトナー粒子を感
光体ドラム１４から現像ローラ１６へ移動させる力が作
用し、非画像部におけるトナー付着を防止している。そ
の結果、トナーのかぶりを防止して、鮮明な画像を得る
ととも罠、現像剤のむだな消費を防止して記録コストを
安くできる。交流電圧は現像領域りにおいて、トナー粒
子を振動させて活性化し、これにより可視像の階調性を
高める。この場合の交流電圧の周波数は、後述するが、
トナーの帯電量の全体の和の絶対値が最少となる時の周
波数、即ち約７００　Ｈｚ乃至３　ｋＨｚに設定する。

ここで、間隙ｄに印加される周波数とトナーの作用との
関係にりいて、第４図及び第５図を参照して説明する。

一般に交流バイアスを印加すると、その周波数に応じて
、トナー粒子は現像ローニア１６と感光体１４０間を飛
翔し、往復運動することが知られている。図４に示すよ
うに、周波数が低い場合は、非画像部において、不十分
に帯電したトナーＴ１、充分に帯電したトナーＴ２は感
光体に到達してしまい、そこに付着してかぶりとなる。

一方、第５図に示すように、周波数が高い場合には、非
画像領域において、Ｔ２！−１，感光体に到達する前に
、現像ロー２に引き戻されてしまうため、充分に帯電し
たトナーで２によるかぶシが減少する。しかし、トナー
の中に含まれる微小粒子の中には、逆チャージを持った
ものもあシ、この逆チャージのトナーは、非画像領域の
電界により感光体１４へ押し出される。そのため、画像
領域において、高周波の周波数になる１１ど画像濃度が
高くなシ、これと同様に非画像領域に付着する逆チャー
ジのトナーは、周波数が高いほど多くなっていく。これ
は、逆也性のトナーが現像ローラ１６に鏡像力によシ、
付着しており、周波数が高くなるとこのトナーの振動力
がトナーの鏡像力に打ち勝って飛び出しやすくなるため
と考えられる。言替えると、非画像部に付着するべきト
ナー全体の帯電量（見掛は帯電ｆｆ１）をＯに近い値に
設定する。尚、周波数は現像ロー２１６と感光体１４と
の間の間隙ｄによっても異なるが、この実施例では、間
隙ｄが約２００乃至３００μｍの場合で、約１乃至２　
ｋＨｚが好ましい。

現像後の可視像は、次に用紙に転写される。−方、現像
領域を通過した現像ローラ１６は更に回転して、現像に
寄与しなかったトナーはその表面に担持したまま回収ブ
レード２６を得てホッパ１４内に収納される。ここで、
現像ロー２１６に付着したトナーは、供給ローラ２Ｑに
より一部が掻き取られつつ、新たなトナーが付着される
。従りて、現像ローラ１６の表面には、常に新たなトナ
ーが供給されることになシ、現像後の現像ロー２１６の
表面にその′！まトナーが残らず、これにより次回の現
像に悪影響を与えない。

［試験例１コ 感光体ドラム１４の表面を、コロナ帯電により一様に帯
電させた後、原稿に対する像露光をして静電潜像を形成
した。この場合、画像部（非露光部分）の電位は一６７
５Ｖ、非画像部（露光部分）の電位は一７０Ｖであった
。

感光体ドラム１４と現像ローラ１６との間隙ｄを３００
μｍ、現像剤層の厚みを２０乃至３０μｍとした。現像
ローラ１６に形成されたトナ一層は、摩擦帯電量が６乃
至２０μｇ／ｇの帝Ｗ、ｔでありた。

尚、この帯電量は潜像の前後において変化しないので、
現像領域りにおいて電荷注入等の現象は起こっていない
と考えられる。即ち、ここで用いたトナーは、３０００
　Ｖ／ａｎおよび３００００■ｉの電界下においても１
０１４−以上の高い抵抗のトナーである。

トナーは、その粒子径及び粒度分布に基づいて、３種類
のサンプルＡ、ＢＳＣに分けたて用いた。

サンプルＡ 体積平均粒径：１４．８μｍ、 粒子径４μｍ以下の粒子ニア３．６％以下（累積１［）
粒子径１６μｍ以下の粒子：９５．０％以上（累積値）
サンプルＢ 体積平均粒径：１４．０μｍ、 粒子径４μｍ以下の粒子：８８．３％以下（累積値）粒
子径１６μｍ以下の粒子：９８．４％以上（累積値）サ
ングルＣ 体積平均粒径：１２．３μｍ、 粒子径４μｍ以下の粒子：５６．９％以下（累積値）粒
子径１６μｍ以下の粒子：９６．６％以上（累積値）尚
、上述のトナー粒子の分布は個数分布による測定値であ
り、Ｈｅ−Ｎ・レーデ解析および散乱を利用した測定法
により測定した数値である。

バイアス電源２６は、 直流電圧−２７５ｖ、 および交流電圧２．４ｋＶ（＋ピークと−ピークとの差
の絶対値）そして、サングルＣＫついて、周波数を２０
０Ｈｚ乃至４　ｋＨｚで変化させた際の交流バイアスの
周波数と、非画像部におけるトナーの付、！：ｉｌ（か
ぶり）との関係を第２因に黒丸で示す。

第２図は、横軸に交流バイアスの周波数（ｋＨｚ　）、
縦軸に非画像部におけるトナーの付着量を反射濃度（％
）で夫々示したものである。第２図から明かなように、
交流バイアスが約７００　Ｈｚ以上になると、非画像部
におけるトナーの付着ｔ（かぶり）が急激に減少し、約
１．２　ｋＨｚ　（図中符号ａ）で他小となる。そして
、１．２ｋＨｚ前後を億小値として、以後周波数の上昇
とともに徐々にかふりが増加する傾向を示している。尚
、サンプルＡ、Ｂについても同様な試験をしたところサ
ンプルＣと同様な結果を示したが、サンプルＣの場合が
最もかぶりカ少すく、サングルＡ１サンプルＢの順序で
かぶりが増える傾向にあった。即ち、粒子径の小さなト
ナー粒子を多く含む程かぶりが増えることを示している
。

この試験例１では、変流バイアスの周波数を約１乃至２
　ｋＨｚに設定したところかぶりのほとんどない、階調
の優れた鮮明な画像を得ることができた。

体積平均粒子径８乃至１６μｍ、粒子径４μ昧下のトナ
ー個数分布が約１０乃至８０％、粒子径１６μｍ以下の
トナーの個数分布が９７％以上（いずれも累積値）の粒
度分布を持つトナーを使用する限り、この試験例１と同
様な結果を得られた。

この場合、著しく粒子径の小さいトナーを多く含んだり
、著しく粒子径の大きいトナーを含んでいると、かぶり
が増えた９、充分な濃度、解像度が得られなかったが、
上述のサングルＡ、Ｂ、Ｃ’ｉ含む範囲の粒度分布の場
合には、鮮明な画像が得られる。尚、弾性ブレード１８
の線圧は約８０ＶＣｒｎであった。

［試験例２］ 帯電後の画像部（非露光部分）の電位は一６００ｖ、非
画像部（露光部分）の電位＃１−７０Ｖ。

感光体ドラム１４と現像ローラ１６との間隙ｄを２００
μｍ、バイアス電源２６は、 直流逆圧−２００Ｖ、 および交流電圧１．６　ｋＶ（＋８と−（ザと差の絶対
値）であった。

尚、その他の条件は、試験例１と同様である。試験例２
で、バイアス電圧を試験例１に対して変更したのは、間
隙ｄにおける電界を試験例１と略等しくするためである
。この第２の試験例の結果を第２図に白丸で示す。

第２図から明らかなように、かぶりの量と交流バイアス
の周波数との関係は試験例１と同様な傾向を示した。ま
た、第２図から明らかなように、かぶりの極少値を与え
る周波数は、試験例２では１、７　ｋＨｚ　（図中符号
ｂ）でちゃ、間隙ｄを小さくすることによシ高い周波側
にシフトしていることがわかる。尚、他のトナーサンプ
ルＡ、Ｂについても同様な結果を得た。

ここで、第２図を参照して交流バイアスとかぶりとの関
係について説明する。

周波数が約７００乃至１５００　Ｈｚより低くなると、
かぶシが急激に増加しこれより高くなると付着量が減少
しているが、これは前述したように、バイアス周波数か
高くなるにつれて、トナー粒子が往復運動する際、その
電界の変化において、感光体に到達する以前に向きを変
えるために結果的に非画像部に到達して付着しないから
である。従って、この実施例では、交流バイアスの周波
数は７００乃至１５００　Ｈｚ以上でなければならない
。

次に、間［ｄとかぶりとの関係について説明する。

交流バイアスが上述した高周波数の領域では、往復運動
における電界の変化に対してトナー粒子が感光体に到達
できないので、静電潜像による充分な現像電界がない限
ｒ）ナーは付着しない（従って、非画像部にはトナーの
付着量が少なくなる。

間隙ｄが大きければ、トナーが感光体に到達するのに必
要な時間が大きくなり、トナーの付着量が少なくなる。

これらの試験によれば、交流バイアスの周波数を７００
　Ｈｚ乃至３．０　ｋＨｚの間に設定することにより、
間隙ｄは１００乃至５００μｍの範囲で設定した場合、
かぶシを最少にできた。

［試験例３］ 試験例１で用いたサンプルＣについて、試験例１と同様
な条件で試験を実施した。更に、第３図の上段のグラフ
に示すように、画像部における濃度（原稿に対する濃度
の比）を測定するとともに、同図下段に示すように、非
画像部に付着したトナー粒子全体の帯電量を測定した。

第３図は、横軸に周波数を取り、縦軸の上段に画像部に
おける画像濃度、中段に非画像部におけるトナーの付Ｍ
区、下段に非画像部におけるトナーチャージを夫々並べ
て、比較したものである。

第３図から明らかなように、周波数が４００Ｈｚ以上の
領域であれば、画像部は充分な濃度が得られる。一方、
第３図の下段に示すように周波数が１　ｋＨｚを越えた
領域では非画像部におけるトナー全体の帯電量が正から
負へと変化している。このことから、高周波領域でのか
ぶｒトナーは、トナ一層中に含まれる逆帯電トナーであ
ることがわかる。

つｉジ、第３図中段に一点鎖線で示すように、非画像部
における逆帯電トナーの付着量は周波数とともに徐々に
増加する。一方、破断線で示すように正帯電のトナーの
付着量は急故に減少する。

そして、これらの合成量が中段に実線で示す曲線として
描かれている。即ち、周波数が約１　ｋＨｚ（ターニン
グポイン）Ｒ）を越えると非画像部に付着するトナー量
が増加する。このターニング−インドＲは、下段部のグ
ラフからあきらかなようにトナー全体としての帯！極性
の変化点（０点）と一致する。言替えれば、非画像部に
付着すべきトナーの帯電電荷量の全体の総和の絶対値が
小さい程かぶりを最少にすることができる。

この発明は上述した一実施例に限定されることなく、こ
の発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。

例えば、この発明は、１個の現像装置のみにより現像す
る一色の電子写真装置に用いることなく、複数の現像装
置を用いて複数の色のトナーにより現像するカラー複写
装置に用いても同様な効果を得ることができる。この場
合、第１の現像器により現像されたトナー像に、第２の
現像器の接触を回避するために、第２の現像器における
現像ローラと感光体との間の間１４ｄ全第１の現像器よ
りも大きく取シ、印加する周波数を低くすることが望ま
しい。このように設定することにより、第１と第２との
現像器の現像特性をほぼ同様に設定することができる。

なお、必要に応じて、逆に間隙ｄを小さくする必要があ
る場合には周波数を高くしてもよい。即ち、間隙ｄに応
じて周波数を変化させるだけで所望の現像状態に？Ａ節
することができる。

また、上述の実施例では正規現像を例に用いて説明した
が、言うまでもなく、反転現像に用いても同様な効果を
得ることができる。

［発明の効果コ この発明によれば、非画像領域に付着する現像剤全体の
電荷量の和の絶対値が最少となる周波数を印加して現像
しているから、かぶυを最少限にしつつ画像濃度を濃く
できる。従って、鮮明な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例に係る現像装置の概略断面
図、第２図は交流バイアスとかぶりの関係を示し九グラ
フ図、第３図は交流バイアスの周波数と、かぶ９及びト
ナーの帯’ｙｉ量との関係を示したグラフ図、第４図及
び第５図は交流バイアスを印加した場合のトナーの動き
を説明した図である。 １０・・・現像装置、１２・・・ホッパ、１６・・・現
像ローラ、２６・・・交流バイアス電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 静電潜像が形成された像支持体と間隙をあけて対向して
   設けられ、現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担
   持体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、像支持体と
   現像剤担持体との間の前記間隙に交番電界を与える交番
   電界手段とを備え、現像剤を現像剤担持体から像支持体
   に向けて飛翔させて静電潜像を現像する現像装置であっ
   て、前記交番電界手段は、非画像領域に付着する現像剤
   の電荷の総和の絶対値が最少となる周波数を印加するこ
   とを特徴とする現像装置。