JP3277022B2

JP3277022B2 - 現像装置

Info

Publication number: JP3277022B2
Application number: JP10790093A
Authority: JP
Inventors: ジェイ．ベヘトーマス; エム．ブレイダニエル; ジェイ．フォルキンスジェフレイ; エム．クリクジェラルド; ジー．スクラムジョセフ; エドモンズシリル
Original assignee: ゼロックス・コーポレーション
Priority date: 1992-05-18
Filing date: 1993-05-10
Publication date: 2002-04-22
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: EP0571117A2; JPH0627801A; US5253016A; EP0571117A3; DE69312801D1; EP0571117B1; DE69312801T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はゼログラフィ用の現像装
置に関し、特に非接触現像工程の一部としてトナーから
不純物を分離するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ゼログラフィやイオノグラフィ等の公知
の電子写真印刷工程において、通常、受光体として知ら
れる電荷保持表面は静電的に帯電され、さらに原画の光
パターンに露光されて光パターンに従って表面を選択的
に放電する。その結果得られた受光体上の帯電領域およ
び放電領域のパターンが、原画と一致する潜像として知
られる静電荷パターンを形成する。前記潜像は「トナ
ー」として知られる静電的に引き付け可能な微細な粉末
と接触させることで現像される。トナーは画像領域上で
受光体表面上の静電荷により保持される。したがって、
トナー画像は再生される原稿と一致して生成される。ま
た、トナー画像は基体や支持体（例えば、紙）へ転写さ
れ得、そしてそれらに固定された画像として再生される
画像の永久的な記録を形成し得る。現像の後、電荷保持
表面上に残った余分なトナーは表面から除去される。こ
の工程は原稿から光レンズで複写する場合やラスター出
力スキャナー（ＲＳＯ）等を用いて電子的に発生または
記憶された原稿を印刷する場合に有効である。これらに
おいて、帯電表面はさまざまな方法で放電された画像様
式にし得る。

【０００３】電子写真印刷工程において、受光体上の潜
像にトナーを運ぶステップが「現像」として知られてい
る。潜像を受光体上で有効に現像するには、潜像上の帯
電領域へトナー粒子が静電気によって効率良く付着する
ように制御された速度でトナー粒子を潜像へ運ばなけれ
ばならない。現像用に普通用いられる技術は、受光体に
付着させるトナー粒子に加えて多量の磁気キャリアビー
ズから成る２成分現像剤を用いる。トナー粒子は、通
常、鋼製の比較的大きなキャリアビーズへ摩擦帯電して
付着する。現像剤が磁界内に置かれた場合、トナー粒子
をのせたキャリアビーズは磁気ブラシとして知られてい
るものを形成し、ここで、キャリアビーズはブラシの繊
維に似た比較的長い鎖を形成する。この磁気ブラシは通
常、現像剤ロールによって生成される。現像剤ロールは
通常、固定された永久磁石部品の回りを回転する円柱ス
リーブの形状を有する。キャリアビーズは現像剤ロール
の表面から伸びる鎖を形成し、さらにトナー粒子は静電
的にキャリアビーズの鎖に引き付けられる。磁気ブラシ
が受光体上の静電潜像に隣接する現像ゾーン内へ導かれ
ると、受光体上の静電荷によりトナー粒子はキャリアビ
ーズから離れ、受光体上に付く。他の公知の現像技術と
しては１成分現像剤、つまりもっぱらトナーより成る現
像剤を用いる。普通のタイプの１成分系では、各トナー
粒子は静電荷（粒子を受光体へ付着可能にする）と磁気
的性質（粒子を受光体へ磁気によって運ばれるようにす
る）との双方を有する。磁気キャリアビーズを利用して
磁気ブラシを形成するかわりに、磁化されたトナー粒子
が直接現像剤ロールへ付着する。受光体上の静電潜像に
隣接する現像域では、受光体上の静電荷によりトナー粒
子が現像剤ロールから離れ、受光体上へ向かう。

【０００４】現像の一般的原理の重要な変形は、「非接
触(スキャベンジレス)」現像という概念である。非接触
現像の目的および作用は、例えば、ヘイス(Hays)らに付
与された米国特許第４, ８６８, ６００号、フォーキン
ス(folkins) に付与された米国特許第４, ９８４, ０１
９号、ヘイスに付与された米国特許第５, ０１０, ３６
７号等に十分に開示されている。非接触現像装置では、
交流電界によってトナーが受光体へ運ばれる。交流電界
は、通常、受光体を横切って伸びるワイヤー状であって
且つドナーロールと受光体との間のニップ内に位置する
自己間隔を有する電極構造体により供給される。現像装
置と受光体との間に物理的接触がないため、非接触現像
法は、「３レベル」または「再荷電、露出、現像」ハイ
ライトまたはイメージ・オン・イメージ・カラーゼログ
ラフィにおけるように異なる種類のトナーを同一受光体
上に供給する装置に有用である。

【０００５】典型的な非接触現像装置は、現像剤ハウジ
ング内に、磁気ロールと、ドナーロールと、電極構造と
を有する。磁気ロールは現像剤ロールに似たやり方で作
動するが、トナーを直接受光体に運ぶかわりにトナーを
磁気ロールと受光体との間に配設されたドナーロールに
運ぶ。ドナーロールに対して磁気ロールは電気的にバイ
アスをかけられるため、トナー粒子は磁気ロールからド
ナーロールへ引きつけられる。さらにドナーロールはト
ナー粒子を磁気ロールから受光体へ運ぶ。ドナーロール
と受光体との間のニップに電極構造体を形成するワイヤ
が設けられる。受光体上の潜像を現像している間に、ド
ナーロールに対して電極ワイヤに交流バイアスをかける
ことでトナーをドナーロールから離し、ドナーロールと
受光体との間の隙間にトナーパウダーのクラウドを形成
する。受光体上の潜像がパウダークラウドからトナー粒
子を引きつけ、受光体上にトナーパウダー像を形成す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】いかなる種類の現像方
法が用いられても、複写の品質に影響を与える第一の要
因はトナーの純度である。特に非接触装置において、複
写品質に問題を生じる傾向にあるトナー欠陥には２つの
共通の原因が存在する。つまり、凝集および汚染であ
る。凝集は現像剤ハウジング内の荒いトナー粒子の
「塊」であり、これは高温や機械的摩耗によってしばし
ば起る。凝集したトナーの大きな塊は磁気ブラシや現像
ロールに付着しそして受光体に対してすじを生じさせ
る。すじは大量の複写または印刷を行う場合に複写品質
欠陥として明らかとなるであろう。欠陥の重要なその他
の原因として異物によるトナーの外的汚染がある。トナ
ー汚染の共通な原因としては装置の製造において発生す
る固形削りくず、またはプラスチックトナーボトルの粗
い縁等のトナーのパッキングから生じるプラスチックの
小片がある。汚染のその他の原因は、内部気流の結果と
して機械内を循環する糸屑や繊維である。非接触現像法
の場合、このような異物粒子はドナーロールと受光体と
の間のニップ中の電極配線にひっかかりワイヤに損傷を
与えやすく、さらに受光体や受光体上の現像された潜像
に傷をつける傾向にある。したがって、複写品質を保証
するには、特に非接触現像法において、トナーは凝集さ
れた塊にならず且つ異物が混入しないようにしなければ
ならない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の一態様によれ
ば、現像装置はトナーをある電荷保持表面上に記録され
た潜像へ運ぶ。この電荷保持表面から離間して配置され
たドナー構造体は、電荷保持表面との間の現像域へトナ
ーを運ぶ。電極構造体は前記ドナー構造体と前記電荷保
持表面との間の現像域内に配置される。電荷保持表面と
対向して設けられたハウジングには前記ドナー構造体が
収容され、ハウジング内部には現像域からドナー構造体
の周囲の少なくとも一部を覆うようその近傍を通過して
外部へ延びる空気流路が画定され、空気流が、前記電荷
保持表面から前記空気流路を通過してハウジング外部に
向かって生じる。空気流は、ドナー構造体の表面に、滞
留する空気境界層を形成し、前記表面からのトナーの離
脱を妨げつつ、前記表面の一部を覆うように流れて前記
ドナー構造体から不純物を除去する。

【０００８】

【実施例】図１には現像装置３８が詳細に図示される。
現像装置３８はハウジング４４を含み、ハウジング４４
はその内部に供給用現像剤を収容する室７６を区画す
る。ドナーローラ４０、電極ワイヤ４２、磁気ローラ４
６がハウジング４４の室７６内に設けられる。ドナーロ
ーラはベルト１０の移動方向に対して順方向にも逆方向
にも回転可能である。図１では、矢印６８の方向、つま
り逆方向に回転するドナーローラ４０が図示される。同
様に、磁気ローラはドナーローラ４０の動作方向に対し
て順方向または逆方向のいずれにも回転可能に配置する
ことができる。図１には、矢印９２の方向、つまり逆方
向に回転する磁気ローラ４６が図示される。ドナーロー
ラ４０がプラズマ溶射セラミック被覆を有する導電性コ
アの形態であるのが好ましい。

【０００９】また、現像装置３８はベルト１０とドナー
ローラ４０との間の空間に配設された電極ワイヤ４２を
有する。ドナーローラの長手方向軸線にほぼ平行な方向
に伸びる一対の電極ワイヤが図示されている。電極ワイ
ヤは、ドナーローラ４０と狭い間隔にて置かれた、一以
上の細い（例えば、直径５０乃至１００μｍ）ステンレ
ス鋼ワイヤでできている。現像装置が作動していると
き、ワイヤとドナーローラとの距離はほぼ２５μｍすな
わちドナーロール上のトナー層の厚さ分である。ドナー
ローラ上のトナーの厚さ分だけワイヤはドナーローラか
ら自己離間される。このために、端軸受けブロックの頂
部により支持されたワイヤの両端もドナーローラを支持
して回転させる。ワイヤの両端は、それらがトナー層を
含むドナー構造体の表面の接線よりわずかに下方になる
ように取り付けられる。このようにワイヤを設けること
で、ワイヤは自己離間によりロールの回転振れに影響さ
れない。

【００１０】図１に図示されるように、電極ワイヤに対
して交流電圧源７８により交流電気バイアスが印加され
る。作動時に、印加された交流によってワイヤとドナー
ローラとの間に交流静電界が生じ、この交流静電界は帯
電トナーをドナーローラの表面から引き離すとともに、
ワイヤの周囲にトナークラウドをその高さがベルト１０
と実質的には接触しないように形成するのに有効であ
る。作動中、交流電圧の大きさは、約３ｋＨｚ乃至約１
０ｋＨｚの範囲の周波数で約２００乃至９００ボルトピ
ークである。ドナーローラ４０に対してほぼ３００ボル
トを印加する直流バイアス電源８０は、ベルト１０の光
導電面１２とドナーローラ４０との間に、離脱したトナ
ー粒子をワイヤの周囲のクラウドから光導電面上に記録
された潜像へ引き付ける静電界を確立する。電極ワイヤ
とドナーローラとの間の離間が約１０μｍから約４０μ
ｍの範囲にあるとき、２００から６００ボルトの印加電
圧は比較的大きな静電界を空気破壊の危険性なしに生成
する。電極ワイヤまたはドナーローラのいずれかの上に
絶縁被覆を用いると、印加された交流電圧の短絡を防ぐ
ことができる。磁気ローラ４６はドナーローラ４０に向
かってほぼ一定の電荷を有する一定量のトナーを計量す
る。ドナーローラは現像間隙においてほぼ一定の電荷を
有する一定量のトナーを供給するのが好ましい。ドナー
ローラ間隔、即ち、ドナーローラ４０と磁気ローラ４６
との間隔、磁気ローラ上の現像剤の圧縮パイル高、さら
に導電磁性現像剤の使用と関連した磁気ローラの磁気特
性の組合せによってほぼ一定の電荷を有する一定量のト
ナーをドナーローラ上に付着させることができる。作動
中、直流バイアス電源８４がドナーローラ４０に対して
約１００ボルトを磁気ローラ４６に印加することで、磁
気ローラ４６とドナーローラ４０との間に静電界を設定
し、この静電界によってトナー粒子は磁気ローラからド
ナーローラへ引き付けられる。計量ブレード８６を磁気
ローラ４６の近くに配置して磁気ローラ４６上の現像剤
の圧縮パイル高さを所要のレベルに維持する。磁気ロー
ラ４６は、好ましくはアルミニウムで製造された且つ外
周面が粗面とされた非磁性管状部材８８を含む。細長い
磁石９０が前記環状部材の内部に且つそれから離間され
て配置される。この磁石は固定して設けられる。環状部
材は、そこに付着する現像剤をドナーローラ４０と磁気
ローラ４６とによって区画されたニップへ送るため矢印
９２の方向に回転する。トナー粒子は磁気ローラ上のキ
ャリア粒子からドナーローラへ引きつけられる。

【００１１】さらに図１によれば、参照番号９４で示さ
れるオーガはハウジング４４の室７６内に配置される。
オーガ９４は室７６内で回転可能に設けられて現像剤を
混合し、輸送する。オーガは螺旋状にシャフトから外側
へ伸びる羽を有する。ブレードは現像剤をシャフトの長
軸にほぼ平行な軸線方向に進めるように設計される。

【００１２】一連の静電潜像が現像されるに従って、現
像剤内のトナー粒子が消耗する。トナーディスペンサー
（図示せず）は補給用のトナー粒子を収容する。このト
ナーディスペンサーはハウジング４４の室７６と連通し
ている。現像剤におけるトナー粒子の濃度が下がると、
トナーディスペンサーから新しいトナー粒子が室内の現
像剤へ供給される。ハウジングの室内のオーガは新しい
トナー粒子と残っている現像剤とを混合し、それゆえ室
内の現像剤はトナー粒子濃度が最適化されほぼ均質とな
る。このようにしてほぼ一定量のトナー粒子が一定の電
荷を有する状態で現像剤ハウジングの室内に存在する。
現像剤ハウジングの室内の現像剤は磁気を帯びており、
導電性にし得る。例えば、キャリア粒子は非連続層の樹
脂材料で上塗りされた強磁性コアを有する。トナー粒子
は色原体ブラック等の着色剤と混合されたビニルポリマ
ー等の樹脂材料で形成される。現像剤は約９５重量％乃
至約９９重量％のキャリアと、約５重量％乃至約１重量
％のトナーとから構成される。しかしながら、当業者で
あれば少なくともキャリア顆粒とトナー粒子とを有する
あらゆる好適な現像剤を利用し得ることを認識してい
る。

【００１３】電極ワイヤ４２を、適当な周波数を有する
交流バイアスをそこに印加することによって、物理的に
振動させてそこから不純物を除去することができる。清
掃中、交流電圧源７８は約１Ｈｚ乃至約１００Ｈｚの範
囲で交流電気バイアスを電極ワイヤ４２へ印加する。電
気バイアス周波数は約１０Ｈｚが好ましい。この周波数
は電極ワイヤ４２を物理的に振動させて、ワイヤ４２に
捕獲されれた繊維、ビーズ、その他の凝集物を解放しそ
して回転するドナーロールによって運び去らせることが
できる。または、交流電圧源７８は約３, ０００Ｈｚ乃
至約１０, ０００Ｈｚの範囲の周波数から選択された公
称交流電気バイアスを印加することができる。このと
き、前記周波数は約１Ｈｚ乃至１００Ｈｚの間で選択さ
れた周波数でオン／オフ変調される。変調周波数は１０
Ｈｚが好ましい。いずれの場合でも、電極ワイヤに捕獲
された不純物は解放され、回転するドナーローラによっ
て電極ワイヤから除去される。

【００１４】図１の正面図で、各々、参照符号１００で
示される２つの部材はハウジング４４の一部として形成
されたフレームである。本発明によれば、フレーム１０
０はドナーロール４０に比較的近接して配置される障壁
の形態であり、電極ワイヤ４２付近に比較的狭い間隙を
形成する。また、外部エアマニホルドは、それぞれ１０
２で示され、ハウジング４４内に区画され、それぞれド
ナーロール４０の表面付近の域から且つ概して電極ワイ
ヤ４２付近の現像域から離れる方向へ延びる。一または
複数の真空ポンプ１０４が外部エアマニホルド１０２に
操作可能に連結され、この真空ポンプ１０４は本発明の
ために特別に設けることも可能であるし、または電子写
真印刷装置内のその他の吸引目的のために用いたポンプ
であってもよい。

【００１５】フレーム１００、マニホルド１０２、真空
ポンプ１０４の目的は矢印１０６により示される方向に
空気流を生成することである。受光体ベルト１０のよう
なベルトが機械内をかなりの速度で移動した場合、移動
するベルト１０の外面にベルト１０の表面に対して適度
に静止している空気の「境界層」が生成され、前記境界
層は装置全体に対してベルト表面とともに移動すること
が知られている。主な空気流１０６は現像剤ハウジング
の外部のいずれかの側から、移動する受光体ベルト１０
に沿って、概ね、電極ワイヤ４２のあたり、そしてドナ
ーロール４０の一部の外周面の一部分あたりを進み、マ
ニホルド１０２を通る（ただし、空気流１０６は受光体
ベルト１０の動作によらず、受光体ベルト１０の速度に
左右されないことがわかろう）。現像剤ハウジング４４
の外部からマニホルド１０２を介して真空ポンプ１０４
へ進むこの空気流は、糸屑、汚れ、トナー凝集物等の不
純物を受光体１０に付着させず、品質劣化を起こさず、
不純物が機械における他の機構の中に広がらないように
機能する。

【００１６】空気流１０６は部分的にドナーロール４０
自身の表面上を通過するため、不純物や凝集物をドナー
ロール４０上で補給トナーより直接的に除去することが
できる。ドナーロール４０の面をかなりの空気流が通過
する場合でも、ドナーロール４０の周囲には停滞した空
気の境界層が存在し、これはより小さなトナー粒子を保
護するが、ドナーロール４０の表面から不純物や破片粒
子を除去することができる。したがって、本発明は、ト
ナーを用いる際、トナーを精製することができる。矢印
１０６の方向に沿った空気流の速度は真空ポンプ１０４
の特性、またはフレーム１００と隣接する面との間隙幅
によって設定することができる。フレーム１００と受光
体ベルト１０との間隙の好ましい幅は１乃至２ｍｍであ
る。１乃至２ｍｍ幅の間隙はあらゆる破片またはトナー
粒子が現像剤ハウジングから出て行かないようにするの
に有効である。本発明の空気流装置は、上述のように電
極ワイヤ４２を物理的に振動させながら用いることがで
きる。

【００１７】図２は本発明の好ましい実施例を示すもの
で、本発明の原理は単一二重ロールモジュール内へ組み
込まれている。図２の詳細な正面図は、図１の実施例と
同様の多数の要素を同様の参照符号を用いて示してい
る。図２の実施例では、磁気ロール４６は、図１と同様
に４０で示した一つのドナーロールのみならず、４１で
示したそれに平行な第二のドナーロールにもトナー粒子
を供給する。前記実施例と同様に、各ドナーロール４
０、４１は一組の電極ワイヤ４２と関連する。本実施例
では、フレーム１００がドナーロール４０および４１の
外向き側近くに配置され、外部エアマニホルド１０２は
各ドナーロール４０及び４２と一層大きな磁気ロール４
６との間隔に開口している。ドナーロール４０、４１の
外面に間近に隣接したフレーム１００の表面がサイドス
トラップ１０８として図示される。サイドストラップ１
０８とドナーロール４０、４１の隣接面との間隙は、ド
ナーロール４０、４１の外向き面に沿った比較的速い空
気流（矢印１０６で示される）に対して最適化されるの
が好ましい。間隙が狭いために生じるこの急速な空気移
動は、布繊維等の除去されるべき最も一般的に予想され
る不純物を効果的に除去する場合の必要に応じて最適化
することができる。

【００１８】通常、２つの平行なドナーロールを設ける
ことで、現像効率が向上し、現像装置３８をさらに小型
にするのが容易となるという利点がある。単一フレーム
１００を共有する２つのドナーロールを有する他の利点
は、不純物をためるためのフレーム内の内面を最小化で
きることである。単一ドナーロール装置も２ドナーロー
ル装置も「ワイヤモジュール」の形状で構成するのに役
立っている。これらの装置において、ドナーロールと、
サイドストラップと、さらにこの場合にはワイヤとが取
り外し可能であって、取り替え可能であるモジュラーユ
ニットを形成する。それは、図２の現像剤ハウジングの
残り部分に対してサイドストラップ１０８の内側面１０
９によって示されていることからわかる。

【００１９】上述のような現像装置内の空気流を発生す
る手段は、現像装置において電極ワイヤ４２またはその
他の電極構造を用いるスキャベンジレス装置とともに利
用する場合に限定されるものではない。従来技術には
「交流ジャンピング」、「直流ジャンピング」、「タッ
チダウン」現像法等の多くの他の現像技術があり、これ
らの技術では、ドナーロールと受光体との間に電気バイ
アスが直接供給され、現像域にワイヤを配置せずに本発
明の空気流手段も適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を組み込んだ現像機構の断面
正面図である。

【図２】本発明の他の実施例を組み込んだ現像機構を断
片的に拡大した断面正面図である。

【符号の説明】

３８現像装置４０ドナーローラ４２電極ワイヤ４４ハウジング４６磁気ローラ１０６空気流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ジェフレイジェイ．フォルキンスアメリカ合衆国ニューヨーク州 14625 ロチェスターウェイマウスドライブ 292 (72)発明者ジェラルドエム．クリクアメリカ合衆国ニューヨーク州 14580 ウェブスタータラレーン 409 (72)発明者ジョセフジー．スクラムアメリカ合衆国ニューヨーク州 13088 リバプールパーカーアベニュー 124 (72)発明者シリルエドモンズアメリカ合衆国ニューヨーク州 14580 ウェブスターメドウッドドライブ 1255 (56)参考文献実開昭58−65061（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4984019（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トナーを電荷保持表面上に記録された潜
像へ運ぶ現像装置であって、移動可能に設けられた電荷保持表面と、前記電荷保持表面の下方に前記電荷保持表面から離間し
て配置され、且つ前記電荷保持表面との間の現像域へ移
動してトナーを運ぶドナー構造体と、前記ドナー構造体と前記電荷保持表面との間の現像域内
に配置された電極構造体と、前記電荷保持表面と対向して設けられて前記ドナー構造
体を収容し、前記現像域から前記ドナー構造体へと延び
る間隙を形成するよう前記ドナー構造体の周囲の一部に
近接して配置された壁部と、前記間隙と前記ドナー構造
体近傍で連通して前記ドナー構造体からハウジング外部
へと延びるマニホールドとを有し、前記壁部及び前記マ
ニホールドによって内部に前記現像域から前記ドナー構
造体の一部を覆うようにその近傍を通過して外部へ延び
る空気流路が前記電荷保持表面の移動方向上流側及び下
流側の双方に画定されたハウジングと、前記ドナー構造体の表面に、滞留する空気境界層を生じ
させて前記表面からのトナーの離脱を妨げつつ、前記表
面の一部を覆うように流れて前記ドナー構造体から不純
物を除去する空気流を生じさせる手段とを含む上記現像
装置。
【請求項２】前記電極構造体が前記電荷保持表面と平
行に延びるワイヤを含む、請求項１の現像装置。