JP2500902B2 - 電子写真装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタやファクシミ
リ等に応用できる電子写真装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来からの電子写真現像法としては、カ
スケード現像法、タッチダウン現像法、ジャンピング現
像法などがある。そのなかで、感光体に直接現像剤を振
りかける現像法として米国特許３１０５７７０に示され
るカスケード現像法が知られている。カスケード現像法
は、電子写真法初の実用複写機に用いられた現像法であ
る。

【０００３】また、現像ローラに交流バイアス印加し１
成分トナーを飛翔させ現像する方法として米国特許３８
６６５７４がある。この発明では現像ローラに印加する
交流バイアスはトナーの動きを活性化する目的に用いら
れ、トナーは画像部には飛翔到達し、非画像部では途中
で舞い戻ると説明されている。

【０００４】さらに、この交流バイアスを印加する技術
を改良したものとして、特公昭６３−４２２５６号公報
に示されるジャンピング現像法がある。このジャンピン
グ現像法はトナーをトナー担持体に担持させ現像部にま
で運び、そこで交流バイアスにより感光体の画像部にト
ナーを付着させる現像法である。この特公昭６３−４２
２５６号公報の技術思想は、画像部および非画像部にお
いてトナーが往復運動するという点で前述の米国特許３
８６６５７４と異なるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】当技術分野ではよく知
られていることであるが、カスケード現像法は、ベタ画
像の再現を苦手としていた。また、装置が大型複雑化す
るという問題点を有していた。さらに、米国特許３８６
６５７４の現像器は、装置に高い精度が要求され複雑で
コストが高いという欠点を有していた。ジャンピング現
像法はトナー層を担持したトナー担持体により感光体を
現像するために、高画質を得るには、トナー担持体上に
極めて均一な薄層を形成することが不可欠であった。ま
た、この方法ではしばしばトナー担持体上のトナー薄層
に前画像の履歴が残り画像に残像が現われる、いわゆる
スリーブゴースト現象が発生した。さらに装置が複雑で
コストが高いという欠点もある。

【０００６】本発明の目的は上記問題点に鑑み、構成が
簡単でしかも高画質の電子写真方法および装置を提供す
ることにある。また高速プロセスに対応できる優れた電
子写真装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、静電潜像を保持し固定磁石を内包し移
動する静電潜像保持体と、前記静電潜像保持体表面に前
記固定磁石により磁性トナーを磁気的に付着させるトナ
ーホッパと、前記静電潜像保持体と間隙を介して設置さ
れ、静電潜像の非画像部に付着した磁性トナーを回収す
る交流電圧が印加され、進行方向が前記静電潜像保持体
の進行方向と逆方向であり、移動速度が前記静電潜像保
持体の移動速度より速いトナー回収電極ローラとを有す
る電子写真装置である。

【０００８】

【作用】本発明は、回転しない固定磁石を内包する静電
潜像保持体を用い、静電潜像を形成した静電潜像保持体
に現像剤を振りかけ磁気的に付着させ、トナー回収電極
ローラ部まで担持搬送し、トナー回収電極ローラに交流
バイアスを印加し、静電潜像保持体の非画像部トナーを
静電力と磁力によって除去する構成である。すなわち、
本発明はカスケード現像法に、静電潜像保持体内部に回
転しない磁石を固定設置、電極に交流電圧印加、という
２点の改良を加え、より小型化・高性能化したものであ
る。本発明では、最初にトナーが静電潜像保持体に振り
かけられたときに現像はほとんど終了している。トナー
回収電極ローラ部はトナーをトナーホッパ内で循環させ
ると同時に、静電潜像の非画像部のトナーを回収してい
る。

【０００９】本発明の技術思想を図１を用いて説明す
る。１は静電潜像の形成された静電潜像保持体、２はト
ナー、３は現像電極、４は磁石、５は電源である。従来
法では、（ｂ）に示すように静電潜像保持体の画像部に
トナーを付着させて、（ｃ）のトナー像を得ていた。一
方、本発明では、（ｄ）に示すように一度静電潜像保持
体の全面に磁力で磁性トナーを付着させ、その後（ｅ）
に示すように磁力と静電力で非画像部からトナーをとる
構成である。すなわち、従来例は、「画像部にトナーを
付着させる現像法」であり、本願発明は「不必要な非画
像部のトナーをはぎ取る現像法」といえる。

【００１０】このような技術思想の違いから、本発明の
トナー回収電極ローラと、従来法、例えば特公昭６３−
４２２５６号公報の現像ローラとは次のような構成の違
いが生じる。 （１）現像剤をトナーホッパから現像部まで担持し運ぶ
のは静電潜像保持体である。 （２）従来例の現像ローラは常にトナー層を担持した面
が静電潜像保持体に対向する。一方、本発明のトナー回
収電極ローラは常に裸の面が静電潜像保持体に対向す
る。 （３）従来例では現像ローラと静電潜像保持体が同速同
方向に移動する。しかし本願発明ではトナー回収電極ロ
ーラは逆方向回転である。

【００１１】すなわち本願発明では、静電潜像保持体が
現像剤をトナーホッパから現像部まで運び、裸のトナー
回収電極ローラに回収されたトナーは、逆方向回転によ
り直ちに現像部から除去される構成である。

【００１２】このような構成の違いから、次のような作
用効果の違いが生じる。特公昭６３−４２２５６号公報
のように静電潜像保持体とローラが同速同方向に移動す
るのであれば、往復運動により静電潜像保持体画像部か
らローラに戻ったトナーは再びもとの画像部に戻ること
ができる。しかし、本発明の如くローラが逆方向回転で
は、トナーが一旦ローラ側に移動すると、次に対向する
静電潜像保持体面は元の静電潜像保持体面とは異なるた
め、トナーは再び同一箇所に戻ることはできない。すな
わち、本発明のように逆方向回転では、画像部での往復
運動が起こると仮定すると、トナーによる顕画像は原理
的に得られないことになる。したがって、本願発明にお
けるトナー回収電極ローラに印加する交流電圧の効果
は、特公昭６３−４２２５６号公報に示される「トナー
の往復運動」ではなく、米国特許３８６６５７４に示さ
れる「トナー運動の活性化」に近いものと推測される。
ここで、本発明ではトナー回収電極ローラの裸面でトナ
ーを回収するために、従来問題であったトナー層厚の不
均一さに起因するスリーブゴースト現象が発生しないと
いう新たな効果も生まれる。

【００１３】さらにまた本願発明では通常現像ローラに
用いられる現像剤量規制ブレードが無い。これはトナー
回収電極ローラにトナー層を担持させない構成により不
要になった。静電潜像保持体とトナー回収電極ローラと
を逆方向回転させることにより、現像剤が現像ニップ部
につまることはなく、静電潜像保持体からトナー回収電
極ローラへとスムーズに移し渡される。この現像剤量規
制ブレードがないため、装置を低コストにできる。ま
た、現像剤の搬送移動を静電潜像保持体の回転移動と兼
用できるために、現像器の構成が簡略化でき、装置全体
も小型化できる。

【００１４】また本発明では、従来の磁気ブラシ現像法
に比べて現像剤が静電潜像保持体表面の静電潜像と接触
する時間が長いため、現像効率が極めて高く高速適応性
に優れることは容易に理解できる。

【００１５】本発明に用いる帯電装置としては、一般に
用いられるコロナ帯電器、さらにはグリッド電極を有す
るスコロトロン帯電器が用いられる。また、弾性ゴム材
料等で構成されたローラ帯電器、導電性のファーブラシ
帯電器等の通常電子写真装置に用いられる帯電装置であ
ればいかなる種類のものであってもよい。

【００１６】本発明は、磁石を内包する静電潜像保持体
を用いる。この磁石は回転せず静電潜像保持体のみが回
転する。このとき、磁石と静電潜像保持体を同軸に支え
ると、静電潜像保持体を駆動する機構が簡略化でき、し
かも磁極位置の調整が容易にできるという利点がある。
本発明に用いる静電潜像保持体内部磁石の最大磁束密度
は、静電潜像保持体表面において３００ガウス以上が必
要で、望ましくは５００〜１２００ガウスである。３０
０ガウス以下になると磁力の効果がうすれ、画像の均一
性がなくなったり、トナー回収電極ローラとの間でトナ
ーがつまりやすくなる。さらに、現像剤の搬送性の向上
と、現像時のトナーの運動性を向上させるためには、静
電潜像保持体内部の磁石の磁極位置を、静電潜像保持体
とトナー回収電極ローラとの最近接位置あるいはそれよ
りも上流側の位置に設定することが好ましい。この角度
θは０゜〜３０゜の範囲が良い。なお、この磁極角度の
範囲は、感光体ドラムの直径が３０ｍｍの場合を想定し
たものであって、例えば感光体の径が大きな場合には、
この値が小さくなるのは当然のことである。

【００１７】本発明に使用する静電潜像保持体には、酸
化亜鉛、セレン、硫化カドミウム、アモルファスシリコ
ン、さらにフタロシアニンやアゾ顔料を用いた有機感光
体等を用いることができる。また通常の静電記録紙等で
あっても良いことは言うまでもない。なお静電潜像保持
体の表面は、現像剤層の形成を促進するためにサンドブ
ラスト等で粗面化してもよい。

【００１８】本発明には、静電潜像保持体表面に対し開
口部を有するトナーホッパを用いる。現像剤はトナーホ
ッパから直接静電潜像保持体に接触する構成であり、現
像剤は帯電しているか否かに関わらず静電潜像保持体に
磁気的に吸着される。

【００１９】本発明に用いる磁性トナーは絶縁性１成分
トナーが好ましい。１成分トナーを用いると装置構成が
簡略化できる。本発明に用いる１成分トナーは、マグネ
タイトやフェライトの粉末を帯電制御剤と共にスチレン
樹脂やアクリル樹脂などのバインダ樹脂に分散し粉砕後
分級したものである。このトナーは噴霧乾燥によって得
られる粉体でも良いし、またパール重合法等で化学的に
得られる粉体であっても良い。用いるトナーの平均粒径
は１５μｍ以下が望ましいが、１２μｍ以下にするとさ
らにシャープな画像が得られる。

【００２０】この電子写真方法では、一度静電潜像保持
体の全面にトナーを付着させ、後にトナー回収電極ロー
ラにより非画像部のトナーを除去する構成である。この
方法では、トナーの流動性が悪いと、非画像部のトナー
が静電潜像保持体に強く付着し除去できず、地かぶりと
なって画像を劣化させることがわかった。このトナーの
表面にシリカ微粒子を外添すると、トナーの流動性が良
くなり、静電潜像保持体への非静電的付着力が小さくな
り、地かぶりがなくなる効果があった。このとき、シリ
カ粒子は流動性の向上に寄与するのみでなく、トナーの
帯電にも寄与していることがわかった。この電子写真方
法では、１成分トナーの場合ではトナーを帯電させる帯
電部材を特に設ける必要はなく、トナーにシリカ粒子を
加えておけば、トナーが帯電した静電潜像保持体と接触
した時に、電荷を静電潜像保持体側からトナー側に移動
させトナーを静電潜像保持体と同極性に帯電させる役割
をしていることがわかった。このシリカ微粒子は、コロ
イダルシリカともよばれる。

【００２１】トナー回収電極ローラと静電潜像保持体と
の距離は、１成分トナーを用いた場合には１００μｍ〜
７００μｍ程度離して設置される。

【００２２】トナー回収電極ローラの材質は導電性であ
ればよい。現像剤の流動性が悪いときには、トナー回収
電極ローラを磁性体にすると、静電潜像保持体内部の磁
石からの磁力線がトナー回収電極ローラにまで到達し、
その結果現像剤の搬送性が向上する。この様な材料とし
て、例えば軟鉄、磁性のステンレススチールあるいはニ
ッケル等がある。トナー回収電極ローラの表面は、研磨
されたものでもよく、またサンドブラスト加工等により
表面に凹凸をつけたもの、または溝を彫ったものでもよ
い。

【００２３】トナー回収電極ローラは内部に固定された
磁石を有する非磁性ローラの構成であってもよい。例え
ば、非磁性のステンレススチールあるいはアルミニウム
等でできたシリンダの中に磁石を挿入した構成がある。
このトナー回収電極ローラ内部の磁石の磁極は、静電潜
像保持体内部の磁石の磁極とは逆極性が好ましい。

【００２４】このトナー回収電極ローラには、交流電圧
を印加する。もちろんパルス波形や三角波であってもよ
く、静電潜像保持体との間で実効的に交番電界がかかれ
ばよい。この交流電圧の周波数は、像形成のプロセス速
度によって変わり、おおよそ５０Ｈｚから５０００Ｈｚ
の範囲であって、好ましくは３００から３０００Ｈｚの
範囲が良い。交流電圧の値は、ｚｅｒｏ ｔｏ ｐｅａ
ｋの値で、静電潜像保持体の帯電電位のおおよそ０．５
から３倍の値が良く、さらには０．５から２倍の値が好
ましい。交流電圧に重畳する直流電圧の値は、反転現像
の場合には静電潜像保持体の帯電電位と同等かあるいは
それより数１０％低い値に設定すれば、良好なネガポジ
反転画像が得られる。一方正規現像の場合には、静電潜
像保持体の背景部電位と同等かあるいはそれより数１０
％高い値に設定すれば、良好なポジ画像が得られる。

【００２５】このトナー回収電極ローラの回転方向は、
現像位置において静電潜像保持体の進行方向とは逆方向
にすると、高画質が得られ、かつ装置構成も簡単にな
る。

【００２６】静電潜像保持体上のかぶりを効率的に除去
するには、トナー回収電極ローラの移動速度を速くする
ことが好ましい。トナー回収電極ローラの速度は、静電
潜像保持体の移動速度の１〜２倍の範囲がよい。

【００２７】このトナー回収電極ローラに付着したトナ
ーは、トナーホッパ内に設けられたスクレーパによりか
きとり、再びトナーをトナーホッパ内に戻す。このスク
レーパは、トナー回収電極ローラに影響を与えないよう
にするため電気的に絶縁されていることが望ましい。そ
のため、例えばこのスクレーパには、ポリエステルフィ
ルムなどのプラスチックがよい。このスクレーパには、
ステンレススチールや燐青銅板などを用いることもでき
るが、このときは、トナー回収電極ローラに電気的に影
響を与えないようにするため、トナー回収電極ローラ以
外には電気的に接触しないよう絶縁する必要がある。

【００２８】

【実施例】以下本発明の電子写真装置について、図面を
参照しながら説明する。

【００２９】具体的実施例１ 図２において、６はフタロシアニンをポリエステル系バ
インダ樹脂に分散した有機感光体ドラム、７は感光体６
と同軸で固定された回転しない磁石で、８は感光体をマ
イナスに帯電するコロナ帯電器、９は感光体の帯電電位
を制御するグリッド電極、１０は信号光、１１はトナー
ホッパ、１２は磁性１成分トナー、１３は感光体６とギ
ャップを開けて設定した非磁性トナー回収電極ローラ、
１４はトナー回収電極ローラ１３の内部に設置された回
転しない磁石、１５はトナー回収電極ローラ１３に電圧
を印加する交流高圧電源、１６はトナー回収電極ローラ
上の現像剤をかきおとすポリエステルフィルム製のスク
レーパ、１７は感光体上のトナー像を紙に転写する転写
コロナ帯電器である。１８はトナーホッパ内での現像剤
の流れをスムーズにし、また現像剤が自重で押しつぶさ
れ感光体とトナー回収電極ローラとの間でのつまりが発
生するのを防止するためのダンパーである。感光体６表
面での磁束密度は６００Ｇｓである。トナー回収電極ロ
ーラ１３表面での磁束密度は８００Ｇｓである。感光体
内部の磁力よりトナー回収電極ローラ内部の磁力の方を
強くして搬送性を向上させた。また図中に示す磁石７の
磁極角θは１５゜に設定した。感光体６の直径は３０ｍ
ｍで、周速６０ｍｍ／ｓで図中の矢印方向に回転させ用
いた。トナー回収電極ローラ１３の直径は１６ｍｍで、
周速８０ｍｍ／ｓで感光体の進行方向とは逆方向（図中
の矢印方向）に回転させ用いた。感光体６とトナー回収
電極ローラ１３とのギャップは３００μｍに設定した。

【００３０】磁性１成分現像剤には粒径８μｍの微粒子
絶縁性磁性１成分トナーを用いた。磁性１成分トナーの
構成は、ポリエステル樹脂７０％、フェライト２５％、
カーボンブラック３％、オキシカルボン酸金属錯体２％
からなり、さらにコロイダルシリカを１％外添して用い
た（いずれも重量％）。

【００３１】感光体６をコロナ帯電器８（印加電圧−
４．５ｋＶ、グリッド９の電圧−５００Ｖ）で、−５０
０Ｖに帯電させた。この感光体６にレーザ光１０を照射
し静電潜像を形成した。このとき感光体の露光電位は−
９０Ｖであった。この感光体６表面上に、トナー１２を
トナーホッパ１１内で磁力により付着させた。次に感光
体６をトナー回収電極ローラ１３の前を通過させた。感
光体６の未帯電域の通過時には、トナー回収電極ローラ
１３には交流高圧電源１５により、０Ｖの直流電圧を重
畳した７５０Ｖ０−ｐ（ピーク・ツー・ピーク １．５
ｋＶ）の交流電圧（周波数１ｋＨｚ）を印加した。その
後、−５００Ｖに帯電し静電潜像が書き込まれた感光体
６の通過時には、トナー回収電極ローラ１３には交流高
圧電源１５により、−３５０Ｖの直流電圧を重畳した７
５０Ｖ０−ｐ（ピーク・ツー・ピーク １．５ｋＶ）の
交流電圧（周波数１ｋＨｚ）を印加した。すると感光体
６からトナー回収電極ローラ１３に向かってトナーが回
収され、感光体６上には画像部のみにネガポジ反転した
トナー像が残った。矢印方向に回転するトナー回収電極
ローラ１３に付着したトナーは、スクレーパ１６によっ
てかきとり、再びトナーホッパ１１内に戻し次の像形成
に用いた。こうして感光体６上に得られたトナー像を、
紙（図示せず）に、転写帯電器１７によって転写した
後、定着器（図示せず）により熱定着した。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、構成が簡単でしかも高
画質の電子写真方法および装置が得られる。また高速プ
ロセスに対応できる優れた電子写真装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来方法と本発明との技術思想の差異を説明し
た説明図

【図２】本発明の実施例における電子写真装置の構成図

【符号の説明】

６ 感光体 ７ 磁石 ８ コロナ帯電器 ９ グリッド電極 １０ レーザ露光 １１ トナーホッパ １２ 磁性トナー １３ トナー回収電極ローラ １４ 磁石 １５ 交流高圧電源 １６ スクレーパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 21/00 ３５０ Ｇ０３Ｇ 21/00 ３５０

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像を保持し固定磁石を内包し移動
   する静電潜像保持体と、 前記静電潜像保持体表面の全面に磁性一成分トナーを前
   記固定磁石により磁気的に付着させるトナーホッパと、 前記静電潜像保持体と間隙を介して設置され、交流電圧
   が印加され、進行方向が前記静電潜像保持体の進行方向
   と逆方向であり、が前記静電潜像保持体の移動速度より
   速く移動して、静電潜像の非画像部に付着した磁性一成
   分トナーを回収するトナー回収電極ローラとを有し、 かつ前記静電潜像保持体内部の固定磁石の磁極位置が、
   前記トナー回収電極ローラの略対向位置でかつ前記静電
   潜像保持体の前記トナー回収電極ローラとの最近接位置
   よりも上流側に位置する構成の 電子写真装置。