JPS63278078A - 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、誘電体又
は受光容体（ホトリセプタ）等の潜像保持体に形成され
た静電潜像を現像する現像装置に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
）′ｆ：、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）Ｋ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
いばかりか、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、逆極性のトナーが混
在すると、現像後の画像濃度が不十分であったり、かぶ
りが生じたりするために、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、斯る事情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。

［発明の目的コ （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、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その画
像部に現像剤を付着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、像支持体の非画像部に
おいて正規極性の現像剤を到達させず、逆極性の現像剤
のみを到達させ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
持体との間の間隔に交番電界を付与して現像剤を往復運
動させる。この場合、所定の周波数の交番電界を付与し
、正規極性の現像剤は像支持体の非画像部に到達させず
、逆極性の現像剤のみを到達させる。しかし、逆極性の
現像剤は、転写工程において、転写コロナと同極性であ
るために転写紙には、転写されない為に結果として、画
像としては、全くかぶりのない良好なものが得られる。

（実施例） 以下に添附図面の第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ラ／臂１２と、ホッパ１２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１６０周
面は、粗面化処理されており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、ホッパ
ー１４に向けて延出されてた弾性ブレード１８の自由端
部が圧接されている。弾性ブレード１８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、この部分く
トナーＴが埋め込まれることを防止できる。その結果、
弾性グレード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薄膜
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
銅等のプレートが用いられることが好ましい。板厚は、
約０．１乃至０．４１１１１が好まシく、現像ローラ１
６に対してエラグ幅を形成するように配置され、その中
心が現像ローラ１６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５ｍ１１
１離れた部分が押圧点となる。

ホッパ１２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ラ１６の回転方向Ａと逆方向ＣＫ回
転するように構成されている。供給ローラ２０は、回転
軸２２にポリウレタンフ書−ムの党−ラ２４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を重畳して
印加するバイアス電源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、プラスチ
ック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１２からのト
ナーＴの流出を防止している。

一方、現像ローラ１６と感光体１４とは、間隙ｄ１にあ
けて対向されており、感光体ドラム１４は、矢印Ｂ方向
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。間隙ｄは約０．１乃至０．５鰭に設定されている
。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ｌ９１２内のトナーＴは、供給ローラ１６０回転に
より攪拌されつつ現像ロー２１６へ供給される。現像ロ
ーラ１６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。弾性ブレード１８はこ
の場合、約ｌＯ乃至２００１１／ｃＩＩＬの線圧力で圧
する。現像ローラ１６では、トナーＴが弾性ブレード１
８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１極性は現像すべき静電潜像の極性、正規現
像または反転現像の選択により異なるが、ここでは正規
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Ｔ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１４Ｆｉ、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と現像ローラ１６との間に間隔ｄが形成
されているから、現像領域りでは、現像ローラ１６ＶＣ
担持されている現像剤は感光体１４０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、直流電圧約５０乃至３００Ｖ
（、Ｉｅシルトと交流電圧がそのピークトウーピーク値
約１．５乃至３．０　ｋＶ　（キロゲルト）との重畳し
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
を得るとともに、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、非画像部に付着する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。

尚、現像後の現像剤像は、用紙に転写されるが、この場
合用紙は負極性のコロナ帯電がされており、正極性の現
像剤像ｉ静電気的に引き付けられて用紙に転写される。

ここで、間隙ｄに印加される周波数とトナーの作用との
関係について、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ラ１６と感光体１４の間を飛翔
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で２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は感光体に到達す−る前に、現像
ローラに引き戻されてしまう羨め、充分に帯電したトナ
ーＴ２によるかぶりが減少する。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
あり、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ほど画像濃度が高くなり
、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、逆極
性のトナーが現像ローラ１６に鏡像力により付着してお
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ゃすくなるためと考えられ
る。

−万、非画像部に正規のトナーが付着しない周波数（１
，５ｋＨｚＨｚ以上領域では、逆に、逆極性のトナー（
負極性のトナー）のみが付着する。しかし、この場合に
は、次の現像剤像の転写において、用紙は負極性のコロ
ナ帯電がされるために、正規のトナー（正極性のトナー
）ｔｌ；を転写するが、逆極性のトナーは転写しないよ
うになっている。

従って、転写画像は全くかぶりのない良好なものが得ら
れる。このように、印加する交流バイアスの周波数を見
掛けの帯電量が０になる点より更に高い周波数にするこ
とにより感光体上では比較的大きなかぶりとなっても最
終的に得られる用紙に転写された画像は全くかぶりのな
い鮮明な画像となる。

一部、現像領域を通過した現像ロー２１６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２６ｔ−得てホッパ１４に収納される
。ここで、現像ローラ１６に付着したトナーは、供給ロ
ーラ２０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。従って、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り、現像後の現像ロ
ーラ１６の表面にそのままトナーが残らず、これにより
次回の現像に悪影響を与えない。

〔試験例１〕 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（ｎ先部分）の電位は一７０Ｖであった
。

感光体ドラふ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２０μＩ／１１の帯電量であった。

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像は起こっていない
と考えられる。即ち、ここで用いたトナーは、３０００
　Ｖ　／ａｍおよび３００００Ｖ／［の電界下において
も１０　０儂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、３ａ［
類のサンプルＡ、Ｂ、Ｃに分けて用いた。

サンプル人 体積平均粒径：１４．８μｍ。

粒子径４μｍ以下の粒子ニア３．６％以下（累積値）粒
子径１６μｍ以下の粒子：９５．０１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：　８　Ｂ、　３　％以下（累
積値）粒子径１６μｍ以下の粒子：９８．４％以上（累
積値）サンプルＣ 体積平均粒径：１２．３μｍ。

粒子径４μｍ以下の粒子：５６．９５Ｇ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くよる測定値で
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２．４　ｋＶ　Ｃ＋ピークとピークとの
差の絶対値） そして、サンプルＣについて、周波数を２００Ｉｓ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着ｔ（かぶり）との関係を
第２図に黒丸で示す。

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Ｃ％）
で夫々示したものである。第２図から明らかなように、
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ｉｔ（かぶり）が急激に減少し、
約１．２　ｋＨｚ　（図中符号ａ）で極小となる。そし
て、１．２　ｋＨｚ前後を極小値として、以後周波数の
上昇とともに徐々にかぶ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
合が最もかぶりが少なく、サンプルＡ、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、交流バイアスの周波数を約１．５〜
２　ｋＨｚ以上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１６μｍ１粒子径４μｍ以下のト
ナー個数分布が約ｌＯ乃°至８０チ、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
が増えたり、充分な濃度、解像度が得られなかったが、
上述のテンプルＡ、Ｂ、Ｃを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１８０
線圧は約８０ｇ／ｃｍ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）の電位は一７０ｖ。

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、 直流電圧−２００Ｖ。

および交流電圧り、　ｓ　ｋｖ　＜＋ピークと♂−りと
の差の絶対値）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）であり、間！ＩＩｄを小さくすることにより高い周
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、Ｈ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１５００Ｈｚより低くなると、か
ぶりが急激に増加しこれより°高くなると付着ｋが減少
しているが、これは前述したように、バイアス周波数が
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１５００Ｈｚ以上でなければならない。

次に、間隙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
りトナーは付着しない（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ｉ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１．５
　ｋＨｚ以上に設定することにより、かぶりを最少にで
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１画像部における濃度（原稿に対する濃度
の非）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ｆｋｔ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着
蓋、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図かも明らかなように、周波数が４００　Ｈｚ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付着したトナー粒子の帯電量が正
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９トナーは、トナ一層中に含まれる逆帯電トチ−
であることがわかる。

、つまり、第３図中段に一点鎖線で示すように、逆帯電
トナーの付着址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ｔは急激に
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Ｉ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。このターニングポイント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
ての帯電極性の変化点（０点）と一致する。

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、この発明社、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
現像ロー大きく取り、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調
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］ この発明によれば、像支持体の非画像部において正規極
性の現像剤を到達させず、逆極性の現像剤のみを到達さ
せる周波数の交番電界を像支持体と現像ローラとの間に
印加しているから、かぶりのない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担像装置の概略断面
図、第２図は交流バイアスとかぶりの関係を示したグラ
フ図、８１！３図は交流バイアスの周波数と、かぶり及
びトナーの帯電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。 ！０・・・現像装置、１２・・・ホッパ、１６・・・現
像ローラ、２６・・・交流バイアス電源。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦惜Ｆ 第　１　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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その画像部に現像剤を付着させ
   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、像支持体の非画像部において正規極性の現像剤
   を到達させず、逆極性の現像剤のみを到達させる周波数
   を印加することを特徴とする現像装置。
2. （２）前記交番電界の周波数は間隙が２００μｍ以下の
   場合には、２ｋＨｚ以上、間隙が２００μｍより大きく
   ３００μｍ以下の場合には１．５ｋＨｚ以上であり、現
   像剤の平均粒子径は８μｍ以上１６μｍ以下であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の現像装置。