JPH05216339A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御電極に直流重畳交番電圧を印加するこ
とにより現像領域でトナークラウドを形成し、静電潜像
保持体上の静電潜像にトナーを付着させて可視化する現
像装置において、制御電極の周囲にトナーが堆積するの
を防止し、濃度むらなどの欠陥のない画像を得る。 【構成】 静電潜像保持体５とトナー担持体１との対
向位置の配置された制御電極４に、現像用バイアス電源
６から直流重畳交番電圧を印加して現像を行う現像時間
以外に、トナー回収用バイアス電源７から周波数が時間
とともに変化する交番電圧と、トナーをトナー担持体１
へ引き寄せる電界が形成される直流電圧とを印加する時
間を設ける。これにより、制御電極の周囲に残留したト
ナーはトナー担持体表面へ回収され、長期にわたって濃
度の安定した画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真複写機、プリ
ンタ等の画像形成装置において用いられ、帯電電位の差
による静電潜像をトナーの付着により可視化する現像装
置に係り、特に現像領域において非磁性トナーのクラウ
ドを発生させて現像を行う現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、帯電電位の差による静電潜像
を現像して可視像を形成する現像装置は、使用する現像
剤の種類に応じて各種タイプが提案されている。このう
ち、非磁性トナーと磁性キャリアとを混合した二成分現
像剤を用い、現像領域でトナークラウドを発生させて現
像を行う現像装置として、特開平１−３０４４７７号公
報、特開平３−１１３４７４号公報に開示されるものが
ある。

【０００３】図６は特開平３−１１３４７４号公報に記
載の現像装置を示す概略構成図である。この現像装置１
２０は、二成分現像剤を収容するハウジング１１５内
に、静電潜像保持体１０５と対向し表面に非磁性トナー
を付着して搬送するトナー担持体１０１と、このトナー
担持体１０１と近接して配置され、表面に二成分現像剤
を吸着しながら搬送する現像剤担持体１０２と、この現
像剤担持体１０２とほぼ平行に配置され、二成分現像剤
を攪拌しながら搬送する現像剤攪拌部材１０６、１０７
とを有している。また、静電潜像保持体１０５とトナー
担持体１０１との間隙には、トナー担持体１０１の軸方
向に４本のワイヤーを張架してなる制御電極１０４がト
ナー担持体１０１の近傍に離れて配置されている。

【０００４】上記静電潜像保持体１０５は、一様帯電
後、像光の照射により表面に帯電電位の差による静電潜
像を形成することができる感光体である。上記現像剤担
持体１０２は内部に位置を固定して配置された複数の磁
極を有しており、非磁性トナーをともなう磁性キャリア
が穂状に連なった磁気ブラシを表面に形成することがで
きるものである。上記現像剤攪拌部材１０６および１０
７は、それぞれ現像剤を逆方向に搬送するものであり、
隔壁１０８で仕切られ両端部で連通する二つの現像剤収
容室１０９、１１０内で現像剤を攪拌しながら搬送し、
一定の方向に循環するようになっている。

【０００５】このような現像装置において、現像剤攪拌
部材１０６、１０７により攪拌された現像剤は非磁性ト
ナーと磁性キャリアとの摩擦により電荷が付与され、現
像剤担持体１０２に供給される。この現像剤は現像剤担
持体１０２上で磁気ブラシを形成し、現像剤担持体表面
の回転により搬送されて、トナー担持体１０１の表面に
摺擦される。現像剤担持体１０２とトナー担持体１０１
との間にはバイアス電源１１２、１１３により振動電界
が形成されており、磁性キャリアに付着しているトナー
はトナー担持体１０１の表面に転移し、トナーの薄層を
形成する。一方、磁性キャリアは現像剤担持体１０２に
磁気的に吸着されたままのこる。

【０００６】トナー担持体１０１上に形成されたトナー
の薄層はトナー担持体１０１の回転により、静電潜像保
持体１０５と近接して対向する現像領域に搬送される。
トナー担持体１０１に近接して設けられた制御電極１０
４にはバイアス電源１１１から直流重畳交流電圧が印加
され、またトナー担持体１０１には直流電源１１２から
直流電圧が印加されており、現像領域に生じる振動電界
によりトナーはクラウド化し、静電潜像に付着して現像
が行なわれる。

【０００７】このような現像装置は、例えば異なる色の
トナーを収容した複数の現像装置を用いる多色画像形成
装置に使用することができる。特に、静電潜像保持体が
１度周回する間に帯電・露光・現像の各工程を複数回繰
り返して静電潜像保持体上に複数色のトナー像を重ねて
形成する方式の画像形成装置において、前工程で形成さ
れたトナー像を乱すことなく現像できるという利点があ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような現像装置では、長時間にわたり作動させると、静
電潜像保持体とトナー担持体との間隙に配置された制御
電極の周囲にトナーが堆積し、交番電界によるトナーの
クラウド化ができなくなって、静電潜像に充分なトナー
が付着せず低濃度画像になるという問題点がある。ま
た、制御電極の長さ方向の一部分において、電極の周囲
にトナーが堆積すると、その部分でトナークラウドを形
成することができなくなり、均一な現像を行なうことが
できず、画像に縞状の濃度むらを発生するという問題点
もある。本発明は上記のような問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的は、制御電極の周囲にトナーが堆
積するのを防止し、濃度低下や濃度むら等の画像欠陥の
発生がなく、長期にわたって安定した画像が得られる現
像装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ために、本発明は、 露光によって表面に静電潜像が
形成される静電潜像保持体と近接して対向するように配
置され、表面に非磁性トナーを付着して周回移動するト
ナー担持体と、 前記静電潜像保持体と前記トナー担持
体との対向位置における間隙に配置され、前記非磁性ト
ナーの飛翔を制御する制御電極とを備え、 前記制御電
極に印加される現像用バイアス電圧によって前記トナー
担持体上の非磁性トナーをクラウド化し、前記静電潜像
に付着させて可視化する現像装置において、 前記現
像用バイアス電圧の印加時間以外の時間に、周波数が時
間とともに変化する交流電圧と、前記非磁性トナーを前
記トナー担持体に引き寄せる電界が生じる直流電圧とを
重畳したトナー回収用バイアス電圧を前記制御電極に印
加することができる電源装置を有するものとする。

【００１０】上記制御電極には、ワイヤーや薄い板材等
の電極自体が振動可能なものを用いるのが望ましく、該
ワイヤーなどをトナー担持体の軸方向に架設してもトナ
ー担持体の軸線と直角方向に架設してもよい。また、安
定したトナークラウドを形成するために適切な板材の形
状又は適切なワイヤーの本数等を設定することができ
る。上記交流電圧の周波数の変化範囲は制御電極の固有
振動数を含む範囲とする。また、現像時以外に上記直流
重畳交流電圧を印加する時間は、現像終了直後等適切な
時間を設定することができ、その際にはトナー担持体と
現像剤担持体とを駆動させるのが望ましい。

【００１１】

【作用】上記のような構成の現像装置では、現像時以外
の時間に、周波数が時間とともに変化する交流電圧を制
御電極に印加する時間が設けられるので、交流電圧の周
波数が制御電極の固有周波数と一致すると制御電極が機
械的に振動し、制御電極の周囲に滞留したトナーが振り
落される。さらに、上記制御電極には、電荷を有するト
ナーがトナー担持体へ引き寄せられる電界を形成するよ
うに、直流電圧が交流電圧に重畳して印加されているの
で、振り落されたトナーはトナー担持体表面へ吸着され
る。また、直流重畳交流電圧を印加する際に、トナー担
持体と現像剤担持体とを駆動させることにより、トナー
担持体表面に吸着されたトナーは現像領域にとどまらず
効率よく現像装置内に回収される。このため、現像を繰
り返して行なっても制御電極の周囲にトナーが堆積して
現像時のトナークラウドの形成を妨げることがなく、濃
度低下や濃度むら等のない高画質の現像が行なわれる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明の一実施例である現像装置を示す概略
構成図である。この現像装置は帯電電位の差による静電
潜像を保持することができる静電潜像保持体５と対向し
て設けられており、非磁性トナーと磁性キャリアとから
なる二成分現像剤を収容するハウジング１５内に、二成
分現像剤を磁気的に吸着して磁気ブラシを表面に形成す
る現像剤担持体２と、この現像剤担持体２上に吸着され
た現像剤量を規制する現像剤規制部材３と、前記現像剤
担持体２と前記静電潜像保持体５とにそれぞれ違った部
位で近接するように配置され、非磁性トナーを付着して
回転する円筒状のトナー担持体１とを有し、前記トナー
担持体１と前記静電潜像保持体５との対向位置には、非
磁性トナーの飛翔を制御する制御電極４が備えられてい
る。また、ハウジング１５内の前記現像剤担持体２と隣
接する位置に第１の現像剤攪拌室１６が設けられ、さら
にこの第１の現像剤攪拌室と隔壁１８によって仕切られ
た第２の現像剤攪拌室１７が設けられている。

【００１３】上記第１の現像剤攪拌室１６と第２の現像
剤攪拌室１７とは、現像剤担持体２の軸線方向における
両端部で連通しており、それぞれに現像剤の攪拌と軸方
向への現像剤の搬送を行なう第１のスクリューオーガー
１９と第２のスクリューオーガー２０とが設けられてい
る。これら２つのスクリューオーガー１９、２０は互い
に逆方向に現像剤を搬送するように回転方向が設定され
ており、現像剤が第１の現像剤攪拌室１６と第２の現像
剤攪拌室１７とを循環するようになっている。

【００１４】上記現像剤担持体２は、位置が不動となる
ように支持された磁石の外周に、回転可能な円筒状のス
リーブを配置したものであり、スリーブの表面に二成分
現像剤を磁気的に吸着して磁気ブラシを形成するととも
に、スリーブが回転して現像剤を搬送することができる
ものである。この現像剤担持体２にはバイアス電源１０
から直流重畳交流電圧（交流分ピークツーピーク電圧は
５０Ｖ〜５００Ｖ、周波数２〜１２ｋＨｚが好ましく、
直流分電圧は−１００Ｖ〜−６００Ｖが好ましい）を印
加することができ、スイッチ１４を切り換えることによ
り、直流電源１１から＋３００Ｖ〜＋４００Ｖの直流電
圧を印加できるようになっている。

【００１５】上記トナー担持体１は表面がアルマイト処
理されたアルミニウムの円筒体やフェノール樹脂からな
る円筒体、またはアルミニウムの円筒体の表面に樹脂層
を形成したもの等が用いられ、直流電源８から−１００
Ｖ〜−４００Ｖの直流電圧を印加することができるよう
になっている。また、スイッチ１３を切り換えることに
よって＋３００Ｖ〜＋４００Ｖの直流電圧を印加するこ
ともできるようになっている。

【００１６】上記トナー担持体１と上記静電潜像保持体
５とは２００〜５００μｍの間隙を保持して対向するよ
うに配置されており、トナー担持体１と静電潜像保持体
５との対向位置で双方の表面の移動が同方向となるよう
に回転方向が設定されている。また、トナー担持体１と
現像剤担持体２との対向位置でも双方の対向面が同じ方
向に移動するように回転方向が設定されている。なお、
上記トナー担持体１と静電潜像保持体５と、およびトナ
ー担持体１と現像剤担持体２との対向位置で、双方の表
面の移動が逆方向となるようにそれぞれの回転方向を設
定してもよい。

【００１７】上記制御電極４は、トナー担持体の軸方向
に直径が３０〜２００μｍのタングステンワイヤーを４
本ほぼ平行に張架したものであり、トナー担持体１の近
傍に離れて配置されている。この制御電極４には、現像
用バイアス電源６から直流重畳交流電圧（交流分ピーク
ツーピーク電圧は２００Ｖ〜１０００Ｖ、周波数２〜１
２ｋＨｚが好ましく、直流分の電圧は−１００Ｖ〜−４
００Ｖが好ましい）が印加され、制御電極４とトナー担
持体１との間、制御電極４と静電潜像保持体５との間お
よびトナー担持体１と静電潜像保持体５との間に電界を
生じ、これらの対向部分が現像領域となっている。

【００１８】また、上記制御電極４へのバイアス電圧の
印加は現像時以外の時間にスイッチ１２を切り換えられ
るようになっており、剥離用バイアス電源７から図２に
示すような周波数が時間とともに１００Ｈｚから２ｋＨ
ｚまで変化する交流電圧（交流分ピークツーピーク電圧
は現像時と同じ）に＋１００Ｖ〜＋２００Ｖの直流電圧
を重畳した直流重畳交流電圧が印加できるようになって
いる。このスイッチ１２が切り換えられるときには、上
記トナー担持体１および現像剤担持体２に接続されるバ
イアス電源のスイッチ１３、１４の切り換えもリレーに
より同時に行なわれ、トナー担持体および現像剤担持体
の双方に＋３００Ｖ〜＋４００Ｖの直流電圧が印加され
るようになっている。

【００１９】このような現像装置において非磁性トナー
と磁性キャリアとは第１の現像剤攪拌室１６と第２の現
像剤攪拌室１７とにおいて搬送されるとともに均一とな
るように攪拌される。これにより現像剤中の非磁性トナ
ーの分布が一定に維持されるとともに非磁性トナーと磁
性キャリアとの間の摩擦帯電により非磁性トナーに−５
〜−２５μｑ／ｇの電荷が付与される。攪拌された現像
剤は、第１のスクリューオーガー１９によって現像剤担
持体２に供給される。現像剤担持体２は現像剤を磁気的
に吸着して現像剤の磁気ブラシを形成し、回転によりト
ナー担持体１との対向位置まで搬送する。トナー担持体
１と現像剤担持体２との間には直流重畳交流電圧が印加
されており、電荷を有するトナーはクーロン力によって
トナー担持体１へ転移し、トナー担持体表面に−１０〜
２０μｑ／ｇの帯電電荷を有するトナーの薄層が形成さ
れる。一方、磁性キャリアは現像剤担持体２に磁気的に
吸着されたまま転移せずに残る。

【００２０】トナー担持体１上に形成された薄層はトナ
ー担持体１の回転とともに現像領域へ搬送され、現像用
バイアス電源６から制御電極４に印加された直流重畳交
流電圧による電界内でトナークラウドを発生する。クラ
ウド化されたトナーは電界内で飛翔し、静電潜像保持体
５上の静電潜像に付着して現像が行なわれる。

【００２１】このような現像動作を終了すると、図３に
示すようにトナー担持体１と現像剤担持体２とが駆動さ
れたまま、スイッチ１２が切り換えられ、制御電極４へ
の電圧印加がトナー回収用バイアス電源７に切り換わ
る。トナー回収用バイアス電源７からは約２秒間、周波
数が時間とともに変化する交流電圧に、＋１００Ｖ〜２
００Ｖの直流電圧を重畳して印加される。また、同時に
トナー担持体１および現像剤担持体２のバイアス電源も
切り換えられ、ともに＋３００〜４００Ｖの直流電圧が
印加される。これにより、制御電極４に印加されるバイ
アス電圧の周波数が制御電極４の固有振動数と一致した
ときに機械的な振動が発生し、制御電極４の周囲に滞留
したトナーは振り落されるとともに、上記直流電圧によ
る電界でトナー担持体１に吸着される。吸着されたトナ
ーはトナー担持体１の回転により現像装置内へ回収さ
れ、再び磁性キャリアと混合される。このように、現像
動作終了時に毎回制御電極４の周囲に滞留するトナーが
除去され、トナーの堆積が防止されて欠陥のない良好な
画像が得られる。

【００２２】上記図１に示すような現像装置はトナー担
持体と静電潜像保持体とが非接触で、かつこれらの間に
強い交番電界を発生することなく現像を行うことがで
き、静電潜像保持体上でトナー像を重ねて形成する画像
形成装置において使用することができる。

【００２３】図４は、上記実施例の現像装置を複数台用
いたカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図であ
る。このカラー画像形成装置では、静電潜像保持体５の
周りに帯電・露光・現像の各工程を複数回繰り返して行
なえるように、第１帯電器２１ａ・第１露光器２２ａ・
第１現像装置２３ａ・第２帯電器２１ｂ・第２露光器２
２ｂ・第２現像装置２３ｂと順に４組の帯電器、露光
器、現像装置が配置されている。この４台の現像装置は
それぞれ黒色、赤色、緑色、青色のトナーを使用するも
のである。また、静電潜像保持体５の周辺には、４組の
帯電器、露光器、現像装置が配置される位置の下流側に
転写帯電器２４、剥離用帯電器２５及びクリーニング装
置２６が配置されている。上記転写帯電器２４及び剥離
用帯電器２５と静電潜像保持体５との間には、用紙トレ
イ３０から用紙搬入路２７を通じて用紙の搬入が行わ
れ、この用紙上にトナー像が転写された後、用紙搬出路
２８を通じて定着装置２９に搬送されるようになってい
る。

【００２４】図５は上記のようなカラー画像形成装置を
作動した場合の静電潜像保持体５の表面における帯電電
位の推移を示す図である。このカラー画像形成装置で
は、静電潜像保持体５の周回とともに第１帯電器２１ａ
によって静電潜像保持体５は約−４００Ｖに帯電され
［図５（ａ）］、第１露光器２２ａによって画像部は約
−１００Ｖに露光され［図５（ｂ）］、黒色トナーを用
いる第１現像装置２３ａによって反転現像される［図５
（ｃ）］。次に第２帯電器２１ｂによって静電潜像保持
体５は約−５００Ｖに帯電され［図５（ｄ）］、第２露
光器２２ｂによって画像部は約−１００Ｖに露光され
［図５（ｅ）］、赤色トナーを用いる第２現像装置２３
ｂによって反転現像される［図５（ｆ）］。続いて第３
帯電器２１ｃによって静電潜像保持体５は約−５５０Ｖ
に帯電され［図５（ｇ）］、第３露光器２２ｃによって
画像部は約−１４０Ｖに露光され［図５（ｈ）］、緑色
トナーを用いる第３現像装置２３ｃによって反転現像さ
れる［図５（ｉ）］。さらに、第４帯電器２１ｄによっ
て静電潜像保持体５は約−６００Ｖに帯電され［図５
（ｊ）］、第４露光器２２ｄによって画像部は約−１８
０Ｖに露光され［図５（ｋ）］、青色トナーを有する第
４現像装置２３ｄによって反転現像される［図５
（ｌ）］。帯電器の性能によっては前工程で露光された
部分の電位が低くなることがあり、再帯電によって静電
潜像保持体５の電位を均一にするためには前工程での帯
電電位よりも高くする必要がある。このため帯電・露光
・現像の各工程を繰り返して行うに従い、静電潜像保持
体５の再帯電電位を上昇させている。このような工程を
経て静電潜像保持体上に重ねて形成された４色のトナー
像は転写用帯電器２４により用紙上に転写され、さらに
定着装置２９により固定されカラー画像が形成される。

【００２５】このような画像形成装置は上記図１に示す
実施例の現像装置を使用することによって、静電潜像保
持体上に既に現像されたトナー像があってもこのトナー
像を乱すことなく重ねて現像を行うことができ、形成さ
れた４色のトナー像は、トナー同士の混色のない鮮明な
カラー画像として得ることができる。さらに４色の画像
の現像を繰り返し継続して行う試験の結果、従来の現像
装置のようなトナーが制御電極の周囲に堆積することに
よる画像欠陥の発生も認められなかった。なお、上記実
施例はいずれも二成分現像剤を用い、現像剤担持体から
トナーのみをトナー担持体に転移させ、トナー担持体上
にトナー層を形成する現像装置であるが、従来から提案
されている非磁性一成分現像剤を用いる現像装置におい
て、本発明を適用し、同様な効果を得ることもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の現像装置
では、静電潜像の可視化を行なう現像時以外の時間に、
周波数が時間とともに変化する交流電圧と、トナーをト
ナー担持体へ引き寄せる電界を形成する直流電圧とを重
畳して、制御電極４に印加されるので、制御電極の周囲
に堆積したトナーは制御電極の振動により振り落され、
トナー担持体表面に回収される。これにより、制御電極
の周囲にトナーが堆積して画像欠陥を発生されることが
なくなり、長期にわたって濃度の安定した高品位の画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である現像装置を示す概略構
成図である。

【図２】上記実施例の現像装置で制御電極に印加する交
流電圧の周波数と時間との関係を示す図である。

【図３】上記実施例において制御電極に電圧を印加する
タイミングを示す図である。

【図４】上記実施例の現像装置を複数台用いたカラー画
像形成装置の一例を示す概略構成図である。

【図５】上記実施例のカラー画像形成装置における静電
潜像保持体の電位の推移を示す図である。

【図６】従来の現像装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ トナー担持体 ２ 現
像剤担持体 ３ 現像剤規制部材 ４ 制
御電極 ５ 静電潜像保持体 ６ 現
像用バイアス電源 ７ トナー回収用バイアス電源 ８、９、１０、１１ バイアス電源 １２、１３、１４ スイッチ １９ 第１のスクリューオーガー ２０ 第２のスクリューオーガー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光によって表面に静電潜像が形成さ
   れる静電潜像保持体と近接して対向するように配置さ
   れ、表面に非磁性トナーを付着して周回移動するトナー
   担持体と、 前記静電潜像保持体と前記トナー担持体との対向位置に
   おける間隙に配置され、前記非磁性トナーの飛翔を制御
   する制御電極とを備え、 前記制御電極に印加される現像用バイアス電圧によって
   前記トナー担持体上の非磁性トナーをクラウド化し、前
   記静電潜像に付着させて可視化する現像装置において、 前記現像用バイアス電圧の印加時間以外の時間に、周波
   数が時間とともに変化する交流電圧と、前記非磁性トナ
   ーを前記トナー担持体に引き寄せる電界が生じる直流電
   圧とを重畳したトナー回収用バイアス電圧を前記制御電
   極に印加することができる電源装置を有することを特徴
   とする現像装置。