JPH04122959A - 画像形成装置 - 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】 の禾１　″ 本発明は、電子写真式、静電記録式、或は磁気記録式な
どの画像形成装置に関するものであり、特に、像担持体
上に形成された潜像を、所謂、パウダークラウド法によ
る現像にて顕像化する画像形成装置に関し、複写機、情
報記録装置などに好適に具現化し得る。

支米二且ｊ 従来、上記種々の画像形成装置にて乾式プロセスである
乾式現像法が用いられている９乾式現像法には、２成分
現像剤或は１成分現像剤を用いる２つの現像方式が知ら
れているが、特に、ｌ成分現像剤を用いる現像方式は、
キャリヤを用いないためにトナー１度の制御、混合、撹
拌などの機構が不必要であって、２成分現像剤を用いる
現像方式に比べ、現像装置の小型化が達成でき、又、不
要の廃棄キャリヤの発生がないなどの利点を有しており
、注目されている。

このｌ成分現像剤を用いる現像方式には接触現像法（イ
ンプレッション現像法）及び非接触現像法があり、非接
触現像法には、ジャンピング現像法、プロジェクション
現像法のような飛翔現像法、及びパウダークラウド現像
法が知られている。

本発明は、このパウダークラウド法に従った現像装置を
備えた画像形成装置に関するものである。

斯るパウダークラウド式現像装置は、特公昭５８−５４
３８４号公報、特開昭５７−１７９８６５号公報、特開
昭６１−１８９５６５号公報などに記載されるように、
像担持体と現像剤担持体とを対向させ、現像剤担持体上
に担持させた荷電現像剤を、交番電圧を印加した電極に
よって、現像剤担持体から離脱させ、パウダークラウド
状に、上記像担持体と現像剤担持体との間の空間に飛翔
させ、これを、現像領域において、像担持体のｃ２像パ
ターンに対応して付着させることで現像を実現している
。

が　　しようとする課 しかしながら、特公昭５８−５４３８４号公報における
現像装置では１つ又はそれ以上の線状交番電界電極を現
像剤担持体と潜像担持体との間に配置して、現像剤を拡
散浮遊せしめ、このパウダークラウド状とされる現像剤
を用いることによって像担持体上の潜像を現像する形式
であるから、パウダークラウドが広い空間に形成される
こととなり、現像領域を特定範囲に設定することができ
ず、現像速度が低（且つ現像効率の低い現像しか達成し
得ない。又、広い空間にパウダークラウドを発生、導入
しているために、その制御、処理が困難であり、機内汚
損の原因ともなる。又現像剤の分散が不充分と思われ鮮
鋭度の低い画像しか得られない。

又、特開昭５７−１７９８６５号公報における現像装置
では、現像担持体と交番電界電極との間でクラウドを発
生させ、このパウダークラウドを潜像担持体の現像領域
へ向けて拡散させる形式であるから、上述と同様、現像
速度及び現像効率の低い状態でしか現像し得す、又、広
い空間にパウダークラウドを発生、導入しているために
、その制御、処理が困難であり、機内汚損の原因ともな
る。又現像剤の分散が不充分と思われ鮮鋭度の低い画像
しか得られない。

同様のことは、特開昭６１−１８９５６５号公報の現像
装置においてもいえる。

本発明者は、多（の研究実験の結果、板状の電極体を使
用し、しかも該根状電極体の先端部が、像担持体上の潜
像を実質的に顕像化する現像領域に位置するように配置
し、該根状電極体と像担持体との間に変動電界を印加し
た場合に、該板状電極体の先端部から所定の限定された
狭い現像域空間に現像剤のパウダークラウドを形成せし
めることができ、そして、該パウダークラウド状現像剤
を像担持体上の潜像へと分散飛翔させ得ることを見比し
た。本発明は斯る新規な知見に基づきなされたものであ
る。

従って、本発明の目的は、限定された現像域空間内にて
、現像剤担持体に担持された現像剤を十分な濃度で且つ
均一なパウダークラウドとし、該パウダークラウドにて
像担持体上の潜像を現像する構成とし、それによって、
鮮鋭度の高い画像を、高速でしかも高効率にて得ること
のできる画像形成装置を提供することである。

本発明の他の目的は、パウダークラウドを発生させる電
界域と、現像のための電界域とを分離し、現像のため像
担持体へ向けられる現像剤の飛翔は現像領域で実現され
るように構成し、それによって、鮮鋭度の高い画像を、
高速でしかも高効率にて得ることのできる画像形成装置
を提供することである。

本発明の他の目的は、限定された現像域空間にて現像を
行い、それによって現像剤の飛散を最小限度とし、機内
汚損をな（すことのできる画像形成装置を提供すること
である。

本発明の更に他の目的は、現像装置の構成を簡単なもの
とし、それによって装置全体も又小型化され、且つ低価
格とされる画像形成装置を提供することである。

を　　するための 上記諸口的は本発明に係る画像形成装置にて達成される
。要約すれば本発明は、潜像が形成される像担持体と、
該像担持体上の潜像を顕像化する現像装置とを備え、前
記現像装置は、荷電された現像剤を担持する現像剤担持
体と、該現像剤担持体上の現像剤に近接又は接触して配
置され、且つ先端部が、前記像担持体上の潜像を実質的
に顕像化する現像領域に位置するように配置された板状
の電極体と、前記現像剤担持体と前記板状電極体との間
に変動電界を印加する電界印加手段と、を有し、前記変
動電界の作用によって前記現像剤担持体に担持された現
像剤を前記板状電極体先端部より現像領域へと分散飛翔
させ、前記像担持体上の潜像を現像し画像を得る画像形
成装置において、前記変動電界の大きさ及び周波数の関
係が、であって、しかも、 であることを特徴とする画像形成装置である。ここで、
ｒは現像剤粒子の平均半径（ｍ）、ｍは現像剤粒子の平
均質量（Ｋｇ）　、　Ｑは現像剤粒子の平均荷電量（Ｃ
）、ε。は真空の誘電率（Ｆ／ｍ）、ｐは気圧（ＩＩ］
ｍＨｇ）　、　Ｆ　ｖは現像剤担持体に対する現像剤粒
子の機械的磁気的平均付着力（Ｎ）、ｔは現像剤担持体
と電極体の距離（ｍ）、Ｅは現像剤担持体と電極体に作
用する変動電界の大きさ（Ｖ／ｍ）、ｆは変動電界の周
波数（Ｈｚ）を表わす。

九里上 以下、本発明に係る画像形成装置を図面を参照して具体
的に説明する。

第１図に本発明に係る画像形成装置の一実施例が概略図
示される。

本実施例にて、像担持体２はドラム状とされ、矢印す方
向に回転自在に担持される。又、像担持体２は、−Ｍに
、円筒状基板２０２の上に、感光層或は絶縁層などの静
電潜像記録層、又は磁気潜像記録層２０１が形成され、
該像担持体の周面に沿って配置された潜像形成手段にて
該像担持体２上に静電潜像或は磁気潜像が形成される。

斯る潜像形成手段の構成及び作用は当業者には周知であ
るので、図示されておらず、又、詳しい説明も省略する
。

像担持体２上に形成された潜像は現像装置１にて顕像化
される。現像装置１は、１成分現像剤を収容した現像容
器１０４を有し、該現像容器１゜４の前部開口には、軸
１０２によって支持されたローラ状の現像剤担持体１０
１が配設され、矢印ａ方向に回転駆動される。又、現像
容器１０４の前部開口の上縁には現像剤のための規制荷
電部材１０３が配設されており、更に、現像剤担持体１
０１の回転方向下流側には、電極体１０５が配設される
。

なお、現像剤担持体１０１は、通常、規制荷電部材１０
３との関連で、一般にＡｒ１、ＳＵＳなどの金属或は半
導性のプラスチックに０．１〜数ｌＯμｍ程度の凹凸加
工を施したものが用いられる。

又、規制荷電部材１０３は、金属ブレード、ゴムブレー
ドなどで形成することができ、現像剤担持体１０１に圧
接して、該現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成すると
共に、現像剤に対する荷電を行なう。更に、規制荷電部
材１０３は、ブレードの代わりにローラ状の規制部材と
することもでき、ブレードと同様の作用効果を得ること
ができる。更に又、規制荷電部材１０３は、現像剤担持
体内部に固定配置した磁石と、現像剤担持体に近接配置
した磁性体ブレードとにて構成し、磁石と磁性体ブレー
ドとの間に発生する磁界の作用と、磁性ブレード、現像
剤、現像剤担持体の相互間の摩擦力の作用と、摩擦帯電
の作用とにて、現像剤担持体上に荷電された現像剤の薄
層を形成することも可能である。

本発明に従えば、前記電極体１０５は、Ａｊ２、ＳＵＳ
、リン青銅などの金属薄板などで形成されるか、又は、
斯る金属薄板の少なくとも現像剤に対向する表面に現像
剤荷電制御用或は絶縁用の裏打ち処理を施したもので形
成された板状電極体とされ、且つ、現像剤担持体１０１
の表面に対して所要の間隙を持って配設される。

更に、本発明によれば、該板状電極体１０５の先端縁１
０５ａは、前記像担持体２と、該像担持体２と対向配置
された現像剤担持体１０１との間で画成される現像領域
Ｒ内に位置するように位置決めされる。

更に具体的に説明すると、第２図をも参照して、板状電
極体１０５と現像剤担持体１０１との最も近接した部分
Ｃの間隙ｔ１は現像剤層の２〜３層分の厚さとされ、通
常４０μｍ程度であり、また、現像領域Ｒにおける現像
剤担持体１０１と潜像担持体２との間隙ｔ２は、５０μ
ｍ〜５００ｇｍ、好ましくは１００μｍ〜３００Ｌ１ｍ
、通常約２００ＬＬｍとされる。

又、本発明によると、第１図を参照すると理解されるよ
うに、現像剤担持体１０１と像担持体２との間には現像
バイアス電源として直流電圧＃ｉ３が配置され、また、
現像剤担持体１０１と電極体１０５との間には交番電界
形成のための交番電界印加手段、即ち、交流を源ｔｏ６
が配設される。

このような構成にて、現像剤担持体１０１が矢印ａ方向
に回転し、一方、潜像が形成された像担持体２が矢印す
方向に回転する時、現像容器１０４内の現像剤は、静電
的或は磁気的に現像剤担持体１０１上に吸着、担持され
、規制荷電部材１０３にて適当な層厚に規制され、と同
時に摩擦帯電によって荷電される。

次いで、現像剤担持体１０１に担持されたこの薄い層状
の現像剤１０７は、板状電極体１０５の下にもたらされ
る。現像剤担持体１０１上に担持されている荷電された
現像剤には、電極体１０５に印加された交番電界が作用
し、この強い電界によって、現像剤担持体１０１と電極
体１０５の間を往復運動しながら進む。このとき、現像
剤は現像剤担持体１０１と電極体１０５との間に形成さ
れる自由空間にて激しく往復運動する。これによって、
現イ象剤は現像剤担持体１０１及び電極体１０５に衝突
し、衝突帯電され、より安定した荷電を受けるものもあ
ると思われる。次いで、現像剤は電極体１０５の先端へ
と到達すると、該先端部の強い電界によって弾き飛ばさ
れ、充分分離した状態で電極体１０５の先端部からパウ
ダークラウド状に現像領域Ｒに飛翔分散する。

上述のように、本発明によれば、電極体１０５により現
像剤担持体１０１上の現像剤薄層１０７には強い電界が
作用するので、現像剤担持体上の現像剤は大略全量がパ
ウダークラウドの形成に寄与し、それによって、現像領
域Ｒでは、均一で且つ高い濃度のパウダークラウドが形
成される。

上記説明にて理解されるように、本発明によれば、現像
領域Ｒは、板状電極体１０５の先端位置を含む位置より
現像剤担持体の回転方向下流側に形成され、斯る現像領
域は従来のパウダークラウド現像法に比較すると、極め
て限定された狭い空間にて画成されている。

又、本発明によると、上述のように、板状電極体１０５
はその先端部１０５ａが現像領域Ｒの一端に位置してお
り、電極体１０５に印加される変動電界は実質的に現像
には作用しない構成とされる。従って、現像バイアス電
源３は、現像作用のためだけを考えて設定することがで
き、現像に最適の設定が可能となる。所望に応じて、電
極体１０５に印加される変動電界の現像領域Ｒへの影響
を更に少なくするために、電極体１０５の像担持体２に
対向する面にシールド電極（図示せず）を設けることも
可能である。

現像領域Ｒに形成されたパウダークラウド状の現像剤は
、像担持体２の潜像電界と現像バイアス電源３による電
界との合成電界によって移動し、像担持体２の潜像パタ
ーンの画像部に付着し現像が達成される。又、現像に寄
与しなかった現像剤は再び現像剤担持体１０１に付着回
収される。以下、現像剤担持体１０１の回転にしたがっ
て同様のプロセスが行われ、連続した現像が行われる。

第３図に本発明の他の実施例が図示される。本実施例は
、板状電極体１０５が第１図の実施例における規制荷電
部材１０３をも兼ねた構成とされる点において相違し、
図示されていない他の部分は実施例１と同様に構成され
る。本実施例によれば、電極体１０５は、現像剤担持体
１０１上に荷電された現像剤層を形成すると共に、その
先端部１０５ａからパウダークラウドを発生せしめ、先
の実施例と同様の作用効果を達成することができる。

第４図に本発明の更に他の実施例が図示される。本実施
例では、現像剤として磁性現像剤が使用され、現像剤担
持体１１０の内側に磁石体１１１を固定的に配設してお
り、そのＮ極が上記潜像担持体２に対向して現像領域に
臨んでいる。

本実施例によると、前の実施例と同様にして現像領域に
パウダークラウドが発生し、そして該パウダークラウド
状現像剤には像担持体の潜像電界と、現像バイアスによ
る電界と、磁石体１１１の磁界とが作用し、像担持体上
に形成された潜像に付着し現像をなす。

又、第５図には第４図の実施例の変更実施例が示される
。本実施例では、現像用のＮ極と並んで、現像領域Ｒの
下流にＳ極が位置して設けられる。該Ｓ極は、現像後の
パウダークラウド状の現像剤を現像剤担持体１１０へと
回収するための磁極である。もし、現像作用のためにＮ
極による磁気バイアスを必要としない場合には、現像剤
捕集、回収のためのＳ極のみを設け、Ｎ極を設けなくと
もよい。

本発明によると、上記各実施例において、板状電極体１
０５に印加する変動電界の大きさは、現像剤薄層１０７
を現像剤担持体１０１から剥離飛翔させるに十分な大き
さであって（要件（１））、Ｌかも板状電極体１０５と
像剤担持体１０１間の空間で、その空間が絶縁破壊を生
じない大きさ（要件（２））とされる。

前記要件（１）を式で表現すると、 ｑＥ−Ｆｖ＞０ １６πεａｒ２ であり、これを整理すると、 １ｂ　π　ε　ｏｒ’　　　　　　ｑ となる。

又、前記要件 を式で表現すると、 となる。

上記両式をまとめると、 ８．１６Ｘ　１０”　　Ｘ　ｐ　　　　　　　　・　・
　・　・　・　・　・　・　■となる。ここで、 ｒは現像剤粒子の平均半径　　　　　　　（ｍ）ｑは現
像剤粒子の平均荷電量　　　　　　（ｃ）ε。は真空の
誘電率　　　　　　　　（Ｆ／ｍ）ｐは気圧　　　　　
　　　　　　　　　（ｍｍＨｇ）Ｆｖは現像剤担持体に
対する現像剤粒子の機械的磁気的平均付着力　　　　　
　　　　　　（Ｎ）ｔは現像剤担持体゛と板状電極体と
の距離　（ｍ）Ｅは現像剤担持体と板状電極体に作用す
る変動電界　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（Ｖ／ｍ）を示す。

又、現像領域へ十分な現像剤のノ（ウダークラウドを発
生させるには、変動電界の作用番こよる現像剤粒子の振
動振幅が現像剤粒子の直径より大きく、現像剤担持体１
０１と板状電極体１０５との間隙ｔの２０倍以下程度必
要とされること（要件（３））が分かった。

この要件（３）を式で表現すると、 となる。ここで、 ｍは現像剤粒子の質量 ｆは変動電界の周波数 （Ｋｇ） （Ｈｚ） を示す。

従って、本発明によれば、変動電界の条件としては上記
式■と式■を同時に満足すること力Ｓ必要となる。

第６図は変動電界の条件を示す図で、横軸に現像剤担持
体１０１と板状電極体１０５に作用する変動電界の大き
さを示し、縦軸に変動電界の周波数を示す。図中の符合
Ａは現像剤担持体１０１力）ら現像剤薄層１０７を剥離
飛翔させるに必要な電界の大きさを示し、符合Ｂは現像
剤担持体１０］と板状電極体１０５間の空間で絶縁破壊
を生じはじめる電界の大きさを示す。

又、符合Ｃ及びＤは変動電界の作用によって現像剤粒子
が振動する振動振幅の下端値、上端値を示す。

第６図から変動電界の条件としては実線で囲まれた領域
内に設定することが望ましいことが分かる。

次に、本発明に係る画像形成製雪を具体的数値を挙げて
更に詳しく説明する。

実施例１ 第１図に示す構成において、現像剤担持体〕０１は直径
２０ｍｍのＳＵＳ製ロールであり、表面をサンドブラス
ト処理でＪＩＳＩＯ点平均粗さによる表示（ＪＩ　５−
ＢＯ６１０）で１〜２μｍの凹凸加工を施した。規制荷
電部材１０３は厚さ０．２ｍｍのリン青銅板を用い、概
略１００ｇ／ｃｍの圧接力で現像剤担持体１０１の表面
に当接させた。

現像容器１０４中には、ポリエステル系樹脂、荷電制御
剤、着色顔料などで構成される平均粒径、概略１２ｔＬ
ｍの現像剤を投入し、現像剤担持体１０１を１００ｍｍ
／ｓｅｃの周速で回転駆動した。これにより、現像剤担
持体１０１上には現像剤の荷を薄層（２〜３層程度）が
形成された。

荷電量は概略１５μｃ／ｇであった。

更に、板状電極体１０５はＡ℃箔で約５０μｍ厚さであ
り、最近接点Ｃと現像剤担持体表面との間の距離ｔ１が
３０ＬＬｍになるように近接し、前記した特性を有する
交流電源１０６によって電圧７００Ｖｐ−ｐ　（ピーク
・ピーク電圧）、周波数！５ＫＨｚ、正弦波の電圧印加
を行なった。

これによって、電極体１０５と現像剤担持体１０１表面
との間で現像剤のパウダークラウドが発生し、先端縁１
０５ａを越えた位置、すなわち現像領域Ｒで拡散された
。

この条件を第６図に記入すると０点に表示される。この
場合、現像剤粒子の密度を概略１０１０３（／ｍ”）と
し、現像剤担持体に対する現像剤粒子の機械的等付着力
を概略２　Ｘ　１０−８（Ｎ）としたものである。

本実施例で、像担持体としては、感光層２０１として有
機半導体（ＯＰＣ）を使用した、直径６０ｍｍの感光ド
ラムを１００ｍｍ／ｓｅｅにて回転し、電子写真法にて
／替像を形成した。潜像の明部電圧は７００■、暗部電
圧は１００Ｖであった。

本実施例によると鮮明な画像を得ることができた。又、
現像剤の飛散もなく、画像汚れも発生しなかった。

実施例２ 実施例１と同様の構成であるが、折状電極体１０５には
、交番電圧を印加すると共に、更に直流電圧５０Ｖのバ
イアス電圧を重畳した。実施例１と同様に鮮明な画像が
得られ、又、同時に板状電極体１０５に付着する現像剤
の量が大幅に減少した。

実施例３ 第３図の構成にて、電極体１０５として厚さ０．２ｍｍ
５ＵＳの薄板を使用し、現像剤担持体１０１に約１５０
ｇ／ｃｍの圧接力で当接した。

又、板状電極体１０５の最近接点Ｃと現像剤担持体１０
１との間隔ｔ１は３０μｍとした。他は実例１と同様の
構成及び条件にて像出しを行った。

実施例１と同様に鮮明な画像を得ることができた。

本発明は、上記各実施例に限定されるものではな（、種
々の変形態様が可能であり、変更された構成、使用され
る材料によって、作動条件も種々に変更され、例えば、
現像剤担持体と電極体との間の交番電界印加のために、
電源として１００〜１　ｏｏｏｖｐ−ｐ、周波数１〜１
０ＫＨｚ、波形が三角波、矩形波、脈動波、パルス列波
、その他の歪み波の交流電源を用いることができ、また
、これに直流分を例えば５０〜３００■重畳することも
できる。

当然、本発明は、非磁性現像剤だけでな（磁性現像剤へ
の適用も可能であり、静電潜像だけでなく磁気潜像にお
ける現像にも適用可能である。

免吋二皇１ 本発明は以上詳述したように、現像剤担持体に近接して
板状電極体を設け、その先端部を現像領域に臨ませ、且
つ該板状電極体に交番電界を印加することで、パウダー
クラウドを発生させ、これを先端部から現像領域内に拡
散し、現像を行う構成とされるために、次に示すような
作用効果を得ることができる。

（１）現像剤の荷電薄層に板状電極体を近接又は当接し
て電界を付与するだけで、効率よくパウダークラウドを
発生することができ、構成が極めて簡単である。

（２）現像剤のパウダークラウドは、現像剤の凝集がな
（、個々に充分分離して、しかも、よく荷電制御される
から解像度の高い鮮明な画像が得られる。

（３）現像剤担持体に担持された現像剤薄層が大略全量
パウダークラウド化されるので、均一で充分な濃度のパ
ウダークラウドが形成され、高速で高効率の現像が実現
できる。

（４）現像領域で飛翔用電界と現像用電界の複合が少な
いために、最適な状態で現像が達成できる。

（５）従来の方式に比べ、パウダークラウドの発生及び
拡散が、狭い現像域空間内にて行われ、それによって現
像剤の他への飛散がなく、回収も容易であって、装置の
小型化に貢献できる。

（６）非接触現像であるから、潜像坦持体表面に直接、
機械的な力が作用しないので、潜像を乱すことなく鮮明
な画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る画像形成装置の一実施例を示す
要部概略構成図である。 第２図は、本発明に従ったパウダークラウド形成のため
の電極体の機能を説明するための要部拡大図である。 第３図、第４図及び第５図は、本発明に係る画像形成装
置の他の実施例を示す要部概略構成図である。 第６図は、 る。 １、現像装置 ２：像担持体 １０１：現像剤担持体 １０３：規制荷電部材 １０５：板状電極体 １０５ａ　：板状電極体先端部 １０６：交流電源 Ｒ：現像領域 交流電源の許容領域を示す図であ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）潜像が形成される像担持体と、該像担持体上の潜像
   を顕像化する現像装置とを備え、前記現像装置は、荷電
   された現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持
   体上の現像剤に近接又は接触して配置され、且つ先端部
   が、前記像担持体上の潜像を実質的に顕像化する現像領
   域に位置するように配置された板状の電極体と、前記現
   像剤担持体と前記板状電極体との間に変動電界を印加す
   る電界印加手段と、を有し、前記変動電界の作用によつ
   て前記現像剤担持体に担持された現像剤を前記板状電極
   体先端部より現像領域へと分散飛翔させ、前記像担持体
   上の潜像を現像し画像を得る画像形成装置において、前
   記変動電界の大きさ及び周波数の関係が、 （ｑ／１６πε＿０ｒ＾２）＋（Ｆｖ／ｑ）＜Ｅ＜（３
   １２／ｔ）＋８．１６×１０＾３×ｐであって、しかも
   、 ２ｒ＜（Ｅ／（２πｆ）＾２）×ｑ／ｍ＜２０ｔである
   ことを特徴とする画像形成装置。 ここで、 ｒは現像剤粒子の平均半径（ｍ） ｍは現像剤粒子の平均質量（Ｋｇ） ｑは現像剤粒子の平均荷電量（ｃ） ε＿０は真空の誘電率（Ｆ／ｍ） ｐは気圧（ｍｍＨｇ） Ｆｖは現像剤担持体に対する現像剤粒子の機械的磁気的
   平均付着力（Ｎ） をは現像剤担持体と電極体の距離（ｍ） Ｅは現像剤担持体と電極体に作用する変動電界の大きさ
   （Ｖ／ｍ） ｆは変動電界の周波数（Ｈｚ） を表わす。