JP2980975B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の背景〕 本発明は、一般的には静電潜像を可視化する技術に関
し、特に、ドナーロールとこのドナーロールにトナーを
補給するための改良された装置を有する一成分現像装置
に関する。

本発明は、ゼログラフィー技術あるいはプリンティン
グ技術において使用されることができる。従来のゼログ
ラフィーの実施において、始めに光導電性絶縁表面ある
いは感光体を均一に帯電することによってゼログラフィ
ー表面上に静電潜像を形成するのが一般の手順である。
感光体は電荷保持表面を有する。原稿画像に対応する光
線のパターンに従って電荷は選択的に消散させられる。
電荷の選択的消散により、光線を受けなかった部分に対
応する画像形成面上に潜像帯電パターンが残る。

この帯電パターンは、トナーによって現像することに
より可視化される。トナーは一般的には静電力によって
帯電パターンに付着するカラー粒子である。現像された
画像は、その後その画像が形成された表面上に定着され
るか、あるいは普通紙のような受像体に転写され、適切
な定着技術によってその受像体に定着される。

静電電子写真手段を含む様々な方法によって画像を現
像することはよく知られている。これらのシステムのう
ちいくつかにおいては、セレンのような絶縁表面上に保
持された静電潜像上に、例えばカスケード現像，磁気ブ
ラシ現像，パウダークラウド現像，タッチダウン現像な
どを用いてトナー粒子が付着させられる。

二成分現像システムのいくつかの不都合に鑑みて、ト
ナー粒子のみを用いる一成分現像システムを設計しよう
と多大な努力が払われてきている。例えば米国特許第2,
846,333号は、トナー樹脂，着色剤及び磁気材料から成
る一成分現像剤を開示している。多くの一成分現像シス
テムは導電性トナー粒子を含むため、画像形成体上への
画像状のトナーの付着はトナー粒子の誘導帯電により得
られる。しかしながら、トナー粒子上の電荷は転写工程
の間に紙からの誘導帯電によって逆転され得るため、導
電性トナー粒子を普通のボンド紙に静電転写するのは通
常の場合非効率的である。したがって、導電性一成分現
像剤が用いられる静電写真システムは、充分なトナー転
写を達成するために、別の転写方法及び特別に被覆され
た絶縁紙のような材質を必要とする。更に、導電性トナ
ー粒子を用いる一成分現像システムにおいて、望ましく
ない背景あるいは背景削除の制御は、通常、静電力のみ
によっては達成され得ない。何故なら、トナー粒子は、
画像部及び背景部の両方において像担持体上に誘導的に
帯電され付着するからである。このようなことは、二成
分現像システムでは起こらない。何故なら、二成分現像
システムにおいては、背景部現像の削除は、摩擦的に帯
電されたトナー粒子上に作用する静電力によって達成さ
れるからであり、この静電力によってそのようなトナー
粒子が像担持体から引き離されるからである。

一成分現像分野における最近の開発の結果、絶縁性非
磁性トナー粒子が適切に帯電され、一成分現像装置を用
いて二成分画像の特性が得られるという効率的，経済的
かつ簡便なプロセス及び装置が得られている。このシス
テムについては、その開示が本明細書中に参照として説
明されている1985年３月19日に発行された米国特許第4,
505,573号に述べられている。すなわち、帯電ロール手
段がトナー粒子を計量と同時に帯電する。ドナー電極ロ
ールは、計量され帯電されたトナー粒子を帯電ロールか
ら電荷保持表面へ搬送する役割を果たす。電極は、例え
ばカーボンブラック含有のポリマーで被覆された導電性
ロールを有する多くの適切な材質から構成され得る。

従来技術において、非磁性一成分現像システムの再装
填は非効率的である。特に、連続するベタ（切れ目のな
い）画像を現像する場合は、非効率的である。再装填と
は、連続するベタ画像を現像するという負荷状態の下で
さえ、単一のパスでトナーをドナーロールに与えるため
の能力のことである。充分なトナーの供給、流れ及び帯
電が再装填のための必要条件である。

１つの従来装置において、トナーは現像剤サンプ内の
トナーを流動させる回転トナー移動部材によって、現像
ハウジングの長さ方向の下方に搬送される。トナー移動
部材とドナーと間の直流バイアス（−1000ボルト）は、
プリニップ領域において適正極性のトナーをドナー上に
補充するのを助ける。トナー移動部材とドナー間のギャ
ップは比較的大きい（.06インチ）ため、印加される電
界は低い。トナー移動部材の形状の最適化についても、
かなりの努力が行われてきた。近年のトナー移動部材
（円筒形，星形，パドルホイール）は、同等の性能を示
しているが、充分な再装填は不足している。これらのト
ナー移動部材に典型的に見られるのは、連続するベタ領
域の最初の３つの複写物内の濃度の低下あるいは不均一
濃度のような再装填の欠点である。

本発明に関連する特許がここに述べられる。

1983年５月10日発行の米国特許第4,382,420号は、乾
式静電電子写真複写機において、光導電性記録部材上に
形成された静電潜像を、導電性電極が現像剤に接してい
る状態で一成分現像剤を用いて現像する装置に関する。
導電性電極はスイッチ装置を介して電源に接続されてお
り、潜像が現像される前に現像剤を所定の電位で所定の
極性に帯電させる役割を果たす。このようにして、潜像
は選択的に正規画像又は反転画像として大変容易に現像
されることができる。この特許の第６図は、現像ベルト
上のトナー層を規制し、電極としても作用する帯電及び
計量ローラを開示している。

1984年７月10日発行の米国特許第4,459,009号は絶縁
性トナー粒子を帯電するためのプロセス及び装置に関す
る。このプロセス及び装置においては、摩擦帯電可能な
コーティングを備えた帯電ロールが設けられ、弱く帯電
されたトナー粒子は搬送されて帯電ロール上に含まれる
コーティングと接触する。この接触は、帯電ロールと搬
送機構の間に位置する帯電ゾーンにて行われる。弱く帯
電されたトナー粒子と帯電ロール上に含まれる摩擦帯電
可能なコーティングとの間の接触の結果、正あるいは負
の極性の電荷が前記の弱く帯電されたトナー粒子に与え
られる。この発明の装置及びプロセスは、例えば静電写
真記録画像形成装置において有用である。

1988年３月21日又はその頃に出願され、本発明と同じ
譲受人に譲渡された米局特許出願番号07/171,062には、
ドナーからのトナーの分離と、その分離に付随するパウ
ダークラウドの発生が、現像ニップ内に位置する自己間
隔調整式電極構造によって供給される交流電界により得
られる無清掃現像システムが開示されている。電極構造
は、トーンドドナーと受像体間のギャップ内で、トーン
ドドナーに大変近接した位置に設けられている。自己間
隔調整は、ドナー上のトナーを介して行われている。こ
のような間隔は、空気絶縁破壊の危険なく比較的大きな
静電界の形成を可能にする。

1988年５月31日又はその頃に出願され、本発明と同じ
譲受人に譲渡された米国特許出願番号07/200,328には、
ダイナミックトナー計量及び一成分トナーの帯電のため
の構造を含む現像装置が開示されている。このため、可
撓性回転ロッドが設けられており、このロッドには電気
的バイアスが印加される。このロッドは、従動ブレード
に取り付けられている分散型軸受構造体によって保持あ
るいは支持されている。ロッドに対して保持されている
トナー清掃ブレードは、トナーシールとしての役割を果
たす。可撓性ロッドは、帯電トナーをドナーロールと受
像体の中間にある現像ゾーンに搬送する剛性ロールに、
自己間隔調整されて支持されている。自己間隔調整は、
ドナー構造上のトナー層によって成される。ドナーロー
ルと可撓性ロッドは、トナー計量及び帯電ゾーンを形成
し、このゾーンを通ってトナーは移動し、トナー粒子は
計量と同時に帯電される。ドナーロールと可撓性ロッド
は、ニップにおけるトナーの計量と帯電を制御するた
め、互いに反対方向に回転する。

1988年10月30日にブレウィントン（Brewington）等の
名前で出願され、本発明と同じ譲受人に譲渡された米国
特許出願番号07/428,726には、受像体上に記録された潜
像を現像剤で現像する装置が開示されている。現像剤ハ
ウジング内のチャンバは現像剤材料の供給部を収容す
る。ドナーロールはハウジング内のチャンバ内に位置
し、潜像を現像するための現像剤が潜像と接触するよう
現像剤を搬送する。回転長尺部材は、現像剤を流動化さ
せる。現像剤が貯蔵体から現像ハウジング内のチェンバ
ーに排出されると、この現像剤は流動化された現像剤に
圧力を及ぼし、現像剤を現像ハウジングの一端から他端
へ移動させる。電気的バイアスが長尺部材とドナーロー
ル間に印加され、このために現像剤は、現像ハウジング
の一端から他端へ移動する際ドナーロールに引き付けら
れる。

〔発明の概要〕

簡単に言えば、本発明は電気的にバイアスされたトナ
ー移動部材と摺接する部材を用いている。その部材は、
マイラー，カプトン，ポリエチレン，ステンレス鋼シー
トのような材質のフラップ又はナイロン，ステンレス
鋼，カーボンファイバーのような材質のブラシである。
他の再装填部材の形態としては、トナー移動部材の表面
上のロッドのような回転円筒部材、トナー移動部材の表
面上で転がるビーズの集合体又はトナー移動部材表面を
摺擦するための他の従動部材が挙げられる。

電気的にバイアスされたトナー移動部材と再装填部材
とは、電気的にバイアスされたドナーロールと、ドナー
ロールと電荷保持表面間に設けられて交流バイアスされ
た電極と共に用いられる。トナークラウドは電極によっ
て起こされ、電荷保持表面とドナーロール間に形成され
た静電界は、トナークラウドを形成するトナーを画像の
形状に電荷保持表面上に付着させる。

〔発明の好ましい態様の詳細な説明〕

本発明は、従来のゼログラフィー技術並びにそれに類
するプリンティング技術において使用可能であって、ハ
イライト画像形成においても使用することができ、その
ような画像形成システムと関連して実現されるであろ
う。特に、本発明は３レベルハイライトカラー画像形成
システムに適用されるであろう。

３レベルハイライト画像形成の概念をよりよく理解す
るために、第1a図及び第1b図を参照して説明する。第1a
図は３レベル静電潜像を詳細に示すものである。ここ
で、Voは初期帯電レベル、Vddpは暗放電電位（未露
光）、Vwは明放電レベル及びVcは感光体の残留電位（完
全露光）である。

静電潜像の現像における色区別は、感光体が並列され
た又は１つのパス上にある２つの現像ハウジングを通過
するときに、電圧を現像ハウジングに印加することによ
って達成される。これらの電圧は背景電圧Vwからオフセ
ットされており、そのオフセットの方向は現像ハウジン
グ内のトナーの極性または符号に依存する。１つの現像
ハウジング（図面中では第２番目）はトナーを収容して
おり、この黒トナーは第1b図に示されるようにトナーが
感光体とVbb（黒バイアス電圧）にバイアスされた現像
ロールとの間の静電界によって潜像の最も高く帯電され
た（Vddp）領域に向かうような摩擦帯電特性を有する。
逆に、第１現像ハウジング内のカラートナーの摩擦帯電
電荷は、感光体とバイアス電圧Vcb（カラーバイアス電
圧）にバイアスされた第１現像ハウジング内の現像ロー
ル間に存在する静電界によって、トナーが潜像の残留電
位Vcの領域に向かうように選択されている。

第２図に示されるように、本発明を適用したプリンテ
ィング装置は、光導電性ベルト10の形態の電荷保持部材
を用いることができる。この光導電性ベルトは、光導電
性表面と導電性基板とから成り、帯電部Ａ、露光部Ｂ、
現像部Ｃ、転写部Ｄ及び清掃部Ｆを通過して移動するよ
うに設けられている。ベルト10は矢印16の方向に移動
し、その連続する部分を、その移動経路の周りに設けら
れた様々な処理部を通って順次進行させる。ベルト10は
複数のローラ18,20,22の回りに架け渡されており、前者
は駆動ローラとして用いられ、後者は感光体ベルト10に
適当なテンションを与えるために用いられる。モータ23
は、ベルト10が矢印16の方向へ進むようにローラ18を回
転させる。ローラ18は、ベルトドライブのような適当な
手段によってモータ23に連接されている。

第２図を更に参照すると判るように、ベルト10の連続
部分は、まず帯電部Ａを通過する。帯電部Ａで、スコロ
トロン、コロトロン、あるいはダイコロトロンのよう
な、符番24で示されるコロナ帯電装置は、ベルト10を選
択的な高い均一な正あるいは負電位Voに帯電する。好ま
しくは負帯電である。コロナ帯電装置24を制御するため
に、当該技術分野においてよく知られている適切な制御
が使用されてもよい。

次に、感光体表面の帯電された部分は露光部Ｂへ進
む。露光部Ｂにおいて、均一に帯電された感光体あるい
は電荷保持表面10はレーザ出力走査装置25によって露光
される。レーザ出力走査装置25はその出力に応じて電荷
保持表面を放電させる。好ましくは走査装置は３段階ラ
スターアウトプットスキャナー（ROS）である。あるい
はROSは従来のゼログラフィー露光装置に置換されても
よい。

始めに電圧Voに帯電された感光体は、暗減衰を受け、
約900ボルトに等しいVddpとなる。感光体は、露光部Ｂ
で露光されると、画像のハイライト（すなわち黒以外の
色）カラー部分において０または接地電位に近い約100
ボルトに等しいVcに放電される。第1a図に示すように、
感光体はまた背景（白）部分において画像的に、約500
ボルトに等しいVwに放電される。

現像部Ｃにおいて、符番30で示される現像システムは
一成分現像剤を進行させて静電潜像に接触させる。現像
システム30は第１と第２の現像装置32,34を有する。現
像装置32は一対の磁気ブラシローラ36,38を含むハウジ
ング34を有する。これらのローラは現像剤40を電圧レベ
ルがVcである電荷保持表面上の潜像に接触させる。現像
剤40は一例として赤トナーを有する。適当な電気的バイ
アスは、現像装置32に電気的に接続された電源41によっ
て達成される。約400ボルトの直流バイアスが電源41に
よってこれらのローラ36,38に印加される。

現像装置34は剛体ローラ42の形態をしたドナー構造を
有する。ドナー構造42は、その上に付着され、組み合わ
せ計量及び帯電装置46（第３図）によって調整された非
磁性一成分現像剤あるいはトナー44を電極構造と向かい
合う位置へ搬送する。組み合わせ軽量及び帯電装置46
は、直流電源47を用いて電気的にバイアスされている。
この場合の現像剤は黒トナーから成る。ドナー構造は、
電荷保持表面の移動方向に対して同じあるいは反対方向
に回転可能である。ドナーローラ42はテフロン−エス
（イー・アイ・デュポン社商標）で被覆されているのが
好ましい。

現像装置は更に電荷保持表面10とドナー構造42との間
のスペースに設けられた電極構造48を有する。電極構造
はドナー構造42に対して近接した位置にある複数の細い
（直径50から100ミクロン）タングステンワイヤーを有
する。ワイヤーとドナー間の距離は約25ミクロンあるい
はトナー粒子の直径である。ワイヤーはドナー構造の上
のトナーの厚み分だけドナー構造の上から離れてい自己
間隔調整（self−spaced）されている。このため、ワイ
ヤーの先端は、ドナー構造を回転可能に支持する先端支
持ブロック（図示せず）の上部に固定されている。ワイ
ヤーの先端は、トナー層を含むドナー構造の表面に対す
る接線よりもわずかに下方にくるように設けられてい
る。このようにワイヤーを設けることによって、ワイヤ
ーはローラの振れに影響されない。

第３図に示されているように、交流電圧源50により交
流電気バイアスが電極構造に印加される。印加された交
流電圧は、ワイヤーとドナー構造間に交流電界を形成す
る。この交流電界はトナーをドナー構造から分離し、か
つワイヤーの回りにトナークラウドを形成するのに有効
である。トナークラウドの高さはトナークラウドが電荷
保持表面に接触しない高さである。交流電圧の大きさは
比較的低く、ピーク値が約200から300ボルトで約4kHzか
ら10kHzまでの周波数のものである。ドナー構造42に約7
00ボルトを印加する直流バイアス供給部88は、ワイヤー
の周囲のトナークラウドから分離されたトナー粒子を電
荷保持表面上の潜像に誘引するために、静電界を形成す
る。電極とドナー構造間を約25ミクロン開けることによ
って、200から300ボルトの印加電圧は空気絶縁破壊の危
険なく比較的大きな静電界を形成する。形成された静電
界の強さは約８から12ボルト／ミクロンである。交流バ
イアスは電極構造に印加されるように示されているが、
同様にドナー構造に印加することもできる。

ドナー構造42、トナー移動部材80を備えた計量及び帯
電装置46及び再装填フラップ82は、現像ハウジング86内
に作動可能に支持される。トナー移動部材80は、トナー
44を離れたトナー供給部からドナー構造と対向する現像
ハウジング内の領域へ搬送する役割を有する。この領域
でトナーはドナー構造へ転移させられる。再装填部材は
トナー移動部材の表面と摺接される。再装填部材はマイ
ラー，カプトン，ポリエチレン，ステンレススティール
のような材質のフラップまたはナイロン，ステンレスス
ティール，カーボンファイバーのような材質のブラシと
することができる。他の再装填部材の形態としては、ト
ナー移動部材の表面上のロッドのような回転円筒部材、
トナー移動部材表面上で転がるビーズの集合体またはト
ナー移動部材表面を摺擦するための他の従動部材が挙げ
られる。再装填部材82は、連続するベタ（切れ目のな
い）画像領域の現像のような高い負荷状態の下にかかわ
らず、ドナーの１回転中にドナーにトナー44を補給させ
るため、トナー移動部材80に接触して摺擦するように支
持されている。

電気的にバイアスされたトナー移動部材と再装填部材
は、電気的にバイアスされたドナーロール42と、ドナー
ロールと電荷保持表面の間に設けられて交流バイアスさ
れた電極48と共に用いられる。トナークラウドは交流バ
イアス電極によって起こされ、電荷保持表面とドナーロ
ール間に形成される静電界はトナークラウドを形成する
トナーを画像の形状に電荷保持表面の上に付着させる。

シート状担持体58は移動させられて転写部Ｄでトナー
像と接触する。シート状担持体は図示されない従来のシ
ート給送装置によって転写部Ｄへ搬送される。シート給
送装置は一束のコピーシートのうち最上部のシートと接
触する給送ロールを含むことが好ましい。給送ロールは
シートの束から最上部のシートをシュート中に搬送する
ように回転し、シュートは進行するシート状担持体をベ
ルト10の光導電性表面に接触するよう時間的同期をとっ
て向かわせる。その結果、ベルト10の光導電性表面上の
現像されたトナー粉像は転写部Ｄにおいて進行するシー
ト状担持体と接触する。

感光体上に現像された合成画像は正及び負のトナーか
ら成るため、正の前転写コロナ放電部材56が負のコロナ
放電を用いてトナーを基板に有効に転写するよう調整す
るために設けられている。

転写部Ｄはシート58の裏面上に適切な極性のイオンを
放射するコロナ発生装置60を含む。これは帯電されたト
ナー粉像をベルト10からシート58へ誘引する。転写後、
シートは矢印62の方向へ移動を続け、シートを定着部Ｅ
へ搬送するコンベア（図示せず）の上へと移動する。

定着部Ｅは、転写された粉像をシート58へ永久定着さ
せる符番64を付された定着機構を含む。定着機構64は熱
定着ローラ66とバックアップローラ68を有することが好
ましい。シート58は、トナー粉像が定着ローラ66に接し
た状態で定着ローラ66とバックアップローラ68との間を
通過する。このように、トナー粉像は永久にシート58へ
定着される。定着後、図示されないシュートは進行する
シート58を図示されない排紙トレイへ導き、シートはオ
ペレーターによってプリンティング装置から取り出され
る。

シート状担持体がベルト10の光導電性の表面から分離
した後、光導電性表面上の非画像部によって担持された
残留トナー粒子はそこから除去される。これらの粒子は
清掃部Ｆで除去される。磁気ブラシ清掃ハウジング９が
清掃部Ｆに設けられている。清掃装置は、清掃ハウジン
グ内のキャリア粒子が磁気ブラシローラ構造と電荷保持
表面に対してブラシ状の配列を形成させるための従来の
磁気ブラシローラ構造を備える。清掃装置はまた、ブラ
シから残留トナーを除去するための一対のトナー除去ロ
ールを備える。

清掃に続いて、次の画像形成サイクルのための帯電前
に除電ランプ（図示せず）が導電導性表面を照明し、残
留する静電電荷を消滅させる。

【図面の簡単な説明】

第1a図は３レベル静電潜像を示す感光体電位−露光の線
図、 第1b図は、シングルパスのハイライトカラー潜像特性を
示す感光体電位の線図、 第２図は、本発明の特徴を有するプリンティング装置の
概略図、及び 第３図は、現像ドナーロール，再装填部材及び電気的バ
イアス配列の概略断面図である。 10:ベルト、24:コロナ帯電装置 30:現像システム、32,34:現像装置 36,38:磁気ブラシローラ 40:現像剤,42:ドナー構造 44:トナー、46:計量及び帯電装置 48:電極構造、80:トナー移動部材 82:再装填フラップ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−32336（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−35550（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−77764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−118060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−14260（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−94766（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−111564（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−151976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−25670（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−46363（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−144861（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−86068（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−111663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−111664（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−231560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−114891（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−123859（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89975（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−175159（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−107860（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/06 - 15/095

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電荷保持表面の上の静電潜像をトナーを有
   する現像剤によって現像するための現像装置であって、
   前記現像装置は、 トナーを前記電荷保持表面の上に付着させるドナー構造
   と、 前記トナーを供給部から前記ドナー構造と対向する現像
   ハウジング内に搬送するトナー移動部材とを有し、前記
   トナー移動部材は前記トナーを前記トナー供給部内で掻
   き混ぜるようになっており、 さらに、前記現像装置は、トナー移動部材からドナー構
   造へのトナーの移送に影響を与えてトナーをトナー移動
   部材から前記ドナー構造へ移動させるために前記ドナー
   構造とトナー移動部材との間に静電界を形成する手段
   と、 トナー移動部材と摺接させる位置に支持され、且つ、電
   気的にバイアスされた柔軟なフラップ状の部材を有し、 それによって、前記フラップ状の部材によるトナーの除
   去と、トナーの前記トナー移動部材への再補給と、さら
   には、高圧現像状態があるにもかかわらず、前記ドナー
   構造が一回転する間に前記トナー移動部材から前記ドナ
   ー構造へのトナーの再装填を可能とした現像装置。