JPH0568694B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は電子写真装置等で用いられる現像装置
に関し、特に電荷パターン（以下静電潜像という
ことがある）が形成される被現像体（たとえばセ
レン等の感光体）面と現像剤（トナー及びキヤリ
アあるいはトナーだけから成るものがあるが、こ
こではトナーだけのものを指していうことがあ
る）を供給搬送する現像剤担持体（以下単に現像
ローラということがある）とを微小間隙を有して
対向させ、この間隙に交流バイアスを印加するこ
とによつてトナーを感光体の静電潜像が形成され
た部分に飛翔付着させる現像装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 電子複写装置、フアクシミリ、プリンタなどに
広く利用されている電子写真装置では、従来から
カスケード法やマグネツトブラシ法などの現像方
法が主に用いられてきているが、近年カラー記録
に対する実用化要求の強まるなかで、未定着像の
重ね現像が可能な、感光対に非接触状態で現像す
る方法が研究されている。この一般に非接触現像
法と呼ばれる現像方法に関しては、英国特許
1458766及び米国特許3866574あるいは3893418な
どにその基本的原理が記載されている。これら一
連の発明では円筒状ロールの表面にトナーの均一
な薄い層を形成して円筒状ロールを静電潜像面に
近接（約５〜500ミクロン）させ、この間隙に交
流電圧を偏奇させて印加することにより、トナー
を飛翔振動させながら、所定電位以上の静電潜像
部に選択付着させるようにしている。さらに米国
特許3893418は、現像された画像の階調性が、印
加する交流電圧の周波数によつて変化することを
利用して、階調再現性を周波数の切換によつて選
択できるようにしたものである。

一方かかる非接触現像方法について検討を行な
つた結果、トナーの飛翔特性は現像間隙に印加す
る交流電圧の大きさと周波数という外的要因に大
きく依存するという従来の解析の他に、トナー自
身の性状がこれらの外的要因と大きな相関をもつ
ことをつきとめ、上記外的要因だけで現像条件を
定義することがほとんど無意味に近いことがわか
つた。

すなわち印加する交流電圧の条件は、トナーの
帯電量や粒径（重さ）に応じて適宜変化させるべ
きものであり、また最大のトナー飛翔感度すなわ
ち検電性を得ることができる周波数や電圧は、用
いるトナー毎に変つてしまうものであることが判
明した。しかしながらこれらに対し逐一入念な調
整を行なうことは、実際上極めて複雑で実用的で
はなくトナーの帯電量や粒子径の変化ばらつきに
対応できる手段が必要である。言いかえれば、従
来方式の非接触現像に用いるトナーには、その帯
電量と粒子径に関してばらつきが極端に少ないも
のが要求され、トナーの生産性に著しい制約をも
たらすことになる。しかしながら、実際上現在の
技術ではこれらに関してのある程度の分布ばらつ
きはやむをえぬものであり、このため現状ではト
ナー飛翔効率あるいは現像結果が満足すべきレベ
ルには到達していない。

また、従来のような一定の周波数の電圧が印加
される現像法では、前述した如く狭い範囲の特定
のトナーだけが主に飛翔するため高解像力が得や
すい反面、画像の緻密性と階調の再現性におい
て、従来の例えば磁気ブラシ現像法によるものな
どに比して、明らかな欠点を有していた。

［発明の目的］ 本発明は上記事情に基づいて成されたものであ
り、限られた狭い性状分布範囲内のトナー粒子だ
けでなく、より広い性状分布範囲のノナー粒子を
応動飛翔させ、これにより階調性と緻密性に優れ
た画像を出力することができる現像装置を提供す
ることにある。

［発明の概要］ 本発明は、特定の性状分布範囲を有するトナー
粒子が特定の周波数の交流電界に対して顕著な応
動をすることに着目し、引火する交流電圧の周波
数を時間的に変化させることにより、上記目的を
達成するものである。

すなわち本発明の現像装置は、現像剤を保持
し、現像領域において被現像体に対し微小間隙を
保持して対向する現像剤担持体と、前期現像剤担
持体と被現像体との微小間隙に周波数が時間的に
変化する交番電圧を印加し、この交番電圧より生
じる交番電界により現像剤を被現像体へ最終的に
選択的に（現像剤は、微小間隙内の全面で飛翔を
繰返している。現像は、被現像体の静電潜像形成
部と非静電潜像形成部への現像剤の付着量の差に
よつて行なわれる）飛翔付着させる電圧印加手段
とを備えて構成される。

ここで電圧印加手段により印加される交番電圧
は、現像むらを生じさせないために、所定一周期
中に複数の異なる周波数が出現すべくこの周期が
繰返されるとともに、その繰返し周期は、被現像
体表面の静電潜像が現像剤担持体と被現像体との
対向領域中の現像有効領域（現像動作が可能な領
域）を通過する期間内に少なくとも一周期、もし
くはより多くの周期が終了すべく設定したほうが
好ましい。

［発明の実施例］ 以下に本発明を図に示した実施例を参照して詳
細に説明する。

第１図は本発明の一実施例である現像装置５０
が適用される例えば電子複写機６０を示す断面図
である。まず、この複写機６０について概略を説
明すると、図において２１は複写機筐体であり、
この筐体２１の上部には往復水平移動する原稿台
２３が配置されている。また、そのほぼ中央部に
は無定形セレンを使用した感光ドラム６が回転可
能に配置されている。そしてこの感光ドラム６の
周囲には、帯電器２７、露光ランプ２４及び結像
レンズアレー２５からなる露光光学系、本発明に
係わる現像装置５０、転写前帯電器２９、転写帯
電器３６、剥離帯電器３７、クリーニングブレー
ド３８ａを具備するクリーニング装置３８、及び
除電ランプ２６がこの順に配置されている。ま
た、上記筐体２１の一側部には給紙部３０が設け
られている。この給紙部３０は筐体２１から着脱
自在な給紙カセツト３１と、この給紙カセツトに
収納されている記録紙Ｐの最上層に転接して記録
紙を給紙方向へ給出する給紙ローラ３２と、手差
し給紙ガイド３３から挿入された記録紙を給紙方
向へ搬送する搬送ローラ３４とから構成されてい
る。また、この給紙部３０と後述する定着器４０
との間には、上記転写帯電器３６が配置されてい
る転写部を経由して記録紙を搬送するための記録
紙搬送部１００が設けられている。この搬送部１
００は、給紙部から給出された記録紙を所定タイ
ミングで上記転写部へ搬送するレジストローラ３
５及び転写部からさらに定着器４０方向へ記録紙
を搬送する搬送ベルト３９で構成されている。ま
たこの搬送部１００に連設して、一対のヒートロ
ーラ４１を具備する定着器４０が設けられてい
る。さらに上記筐体２１の他側部と定着器４０と
の間には、記録紙を筐体外に排紙する一対の排紙
ローラ４２及びそれを受ける排紙トレー４３が配
置されている。

以上のように構成されている電子複写機６０に
ついて、その主要複写プロセスを説明すると、ま
ず感光ドラム６が、帯電器２７により約700ボル
トに均一帯電される。次いで露光ランプ２７によ
つて原稿台２３に載置された原稿（図示しない）
を照明し、その反射光を結像レンズアレー２５を
介して感光ドラム６上に結像させる一連の像露光
動作が行なわれることにより、感光ドラム６上に
像状の静電潜像が形成される。そしてこの静電潜
像が後述する現像装置５０により現像された後、
転写前帯電器２９（正側に約800ボルト偏奇され
た800Hzの交流コロナチヤージヤー）により感光
ドラム６の除電及びトナーの帯電が行なわれて画
像の転写が容易な状態とされる。一方、給紙部３
０から記録紙は転写部へ給出されて転写帯電器２
９（正極性の直流コロナチヤージヤー）により帯
電が行なわれた後、剥離帯電器３７（交流コロナ
チヤージヤー）により除電が行なわれ、記録紙へ
の画像の転写と感光ドラム６からの剥離が行なわ
れる。そして記録紙は搬送ベルト３９により定着
器４０へ搬送され、定着器のヒートローラ４１に
より約170〜180℃に加熱、加圧されて定着された
後、筐体外に排出されて、複写が完了される。一
方転写後の感光ドラム６は、その表面に残留する
トナーがクリーニング装置３８のクリーニングブ
レード３８ａにより除去される。また、感光ドラ
ム６に残留する電荷は、除電ランプ２６により消
去されて次のサイクルに供されることとなる。

次に本発明に係わる現像装置５０について詳細
に説明する。

第２図は現像装置５０の斜視図であり、第３図
はその要部を示す断面図である。

この現像装置５０は、現像ロール１７及びトナ
ーコーテイングブレード１９を具備している。現
像ロール１７は、現像装置５０のケーシングを構
成するサイドフレーム５０ａ，５０ｂの間で、図
中矢印Ａ方向、かつ感光ドラム６と等速度で回転
可能に軸支されている。ブレード１９は100ミク
ロン程度の厚さのステンレス板あるいは燐青銅板
からなり、一端が上記ケーシングを構成するフロ
ントフレーム５０ｃに固定され、他端が面当て状
態で現像ロール１７に圧接されている。なお図中
２０は100ミクロン程度のポリエステルフイルム
からなり、その一端が上記ケーシングを構成する
リアフレーム５０ｄに固定されるとともに他端が
現像ロール１７に当接されたトナー漏れ防止ブレ
ードである。上記ケーシングはその上部に蓋体５
０ｅにより開閉可能なトナー供給口を有してい
る。また現像装置５０が上記電子複写機に配置さ
れた状態において、現像ロール１７と感光ドラム
６とを一定微小間隙を有して保持するためのガイ
ドローラ１８が、現像ロール１７と同軸に軸支さ
れている。上記微小間隙は、このガイドローラ１
８により、現像ロール１７に形成されるトナー層
の厚みよりも大きく設定される。さらに現像ロー
ルには、感光ドラム６との間隙に直流電圧が重畳
された交番電圧を印加するバイアス電源７が接続
されている。このバイアス電源７の内部構成及び
作用については後に詳述する。

しかして、感光ドラム６及び現像ロール１７が
等速度（130ミリ／秒）で回転すると、ケーシン
グ内の一成分トナーTNは自重により移動して現
像ロール１７とブレード１９との間に導かれ、ブ
レード１９によつて摩擦帯電されるとともに現像
ロール１７表面で約30〜40ミクロン程度の厚さに
層形成される。このトナー層の厚さはブレード１
９の加圧力によつて調整される。なおここで使用
されるトナーは、第４図に実線Ｂで示したような
粒径分布をもつものであり、50％平均粒径が11.5
ミクロンである。また、現像ロール１７上でのト
ナーの電荷量は約３〜30マイクロクーロン／グラ
ムであり、トナー層厚を厚くすると小さくなる傾
向にある。一方感光ドラム６は帯電器２７により
帯電された後、露光光（第３図中Ｋで示す）が照
射されて静電潜像が形成される。そしてトナー層
がこの感光ドラム６と対向近接してくると、バイ
アス電源７によつて現像ロール１７と感光ドラム
６との間に印加される現像バイアス及び感光ドラ
ム６上の静電潜像電位により、現像ロール１７と
感光ドラム６との間隙の電界が徐々に増大する。
そしてトナーに働く力が飛翔条件に達した領域か
ら、トナー層中のトナーが感光ドラム６への飛翔
を開始する。この時点から現像工程が開始される
のであるが、トナーはこの時感光ドラム６と現像
ロール１７との間を印加された交流電界により往
復運動しながら飛翔する。そして現像ロール１７
と感光ドラム６とが回転により離間してその領域
の電界が弱まり、最早トナーが飛翔しなくなるま
でこの現像は続くこととなる。すなわち、感光ド
ラム６と現像ロール１７とが対向する領域のうち
トナーが実際に飛翔できるのは一部の微小関隙を
有する部分だけであり、以下この領域を「現像領
域」という。なお交番電界によるトナーの往復運
動は、静電潜像部と非静電潜像部（感光ドラム６
において静電潜像が形成されている部分といない
部分）とでは電界が異なるため一様ではなく、ま
たトナー自身も個々の特性が異なるため、飛翔の
位相は全くランダムになつてしまうが、繰返し振
動するうちに、静電潜像部に吸着されるものと、
再び現像ロール１７に回帰するものとのが差異を
生じることにより現像が行なわれるものと考えら
れ、必ずしも全てのトナーが全間隙を往復運動す
るものではない。

次に本発明の主要部すなわちバイアス電源７に
よつて感光ドラム６と現像ロール１７との間隙に
印加される現像バイアス電圧について説明する。

第５図はその出力波形例を示すもので、この場
合波高値で1100ボルトの交流電圧を約400ボルト
正側に偏奇させるとともに該交番電圧の周波数を
N₁，N₂，N₃の３種類に周期的に変化させるよう
にした。ここで、N₁，N₂，N₃，N₁，…の繰返
し周期t₁は現像むらを生じさせないために、感光
ドラム６上の静電潜像が感光ドラム６と現像ロー
ル１７との間の現像有効領域を通過する期間内に
少なくとも１回、もしくはより多くの回数繰返さ
れるのが好ましく、これを考慮して、さらには現
像速度や要求する現像特性に応じて、各周波数
N₁，N₂，N₃の交番電圧の印加時間t₂，t₃，t₄を
設定しなければならない。

なお本実施例では、N₁＝400Hz、N₂＝800Hz、
N₃＝1400Hzとし、t₂，t₃及びt₄をそれぞれ約２周
期に設定し１／5₁＝110Hzとなるような時間に調
整した。この値に設定した理由は、粒径が11.5ミ
クロン、13ミクロン及び10.5ミクロンのトナー
（第４図の分布曲線Ｂ，Ｃ及びＤに対応）につい
て、各々周波数をいろいろ変化させながら画像品
質が最適となる周波数を調べたところ、曲線Ｂ，
Ｃ及びＤのものに対し、それぞれ800Hz、1400Hz
及び400Hzに最適値が存在することを見出したか
らである。すなわちこのように複数の周波数の電
圧が繰返して印加される結果、従来では特定分布
範囲の粒子径あるいは帯電量のトナーしか現像に
寄与させることができなかつたのに対し、本実施
例では広範な粒子径のトナーに渡つて現像に寄与
せしめることができることから、現像効率そのも
のの向上とともに粒子径の異なるものが現像に寄
与し、階調再現正が格段によくなる傾向を示す。
また、トナーの製造毎に変化する平均粒径や帯電
量のばらつきに対しても影響は小さく、より安定
した画像特性が得られる。

第６図は、横軸に原稿濃度OD、縦軸にコピー
濃度CDをとつて従来技術と本実施例との階調再
現性を比較して示したもので、ラインＥが従来技
術を用いて単一の周波数（800Hz）の交番電圧を
印加した場合であり、ラインＦが本実施例を用い
て３つの異なる周波数（400Hz、800Hz、1400Hz）
の交番電圧を印加した場合を示している。同第６
図によれば本実施例のものは従来技術に比べて再
現する階調範囲が格段と広くなつていることがわ
かる。

なおこの再現性は、前述の説明でもわかるよう
に、N₁，N₂，N₃の値、あるいはt₂，t₃，t₄の割
合を変えることにより変化させることができる。
またトナーの平均粒径あるいは分布が異なるもの
については、さらに他の周波数の組合わせが必要
である。

次に、第７図及び第８図に、周波数が周期的に
３種類に変化する交番電圧を出力させるバイアス
電源７の具体的内容構成を各々示す。

第７図の構成では、昇圧トランス５１と該トラ
ンス５１の一次側に接続された可変直流電源５２
と、所定の周波数の発振信号を出力する１つの発
信器５３と、３種類の異なる分周比が設定されこ
の分周比がサイクリツクに切換えられるプログラ
マブル分周器５４と、この分周器５４の分周出力
に基づき直流電源５２から昇圧トランス５１に流
れる電流を断続するスイツチング回路５５とを備
え、昇圧トランス５１の２次側の出力から周波数
が３種類に変化する交番電圧を発生させるように
している。

また第８図の構成では、第７図に示した１つの
発振器５３及びプログラマブル分周器５４から成
る構成の代わりに、３つの異なる周波数の発振信
号を出力する３つの発振器５６，５７及び５８
と、アナログスイツチなどの切換回路５９とを備
え、切換回路５９の動作によつて発振器５６，５
７及び５８の各出力を切換えてスイツチング回路
５５に加えることにより、上記第７図に示す構成
同様、時間的に周波数が変化する高圧交番電圧を
発生させるようにしている。

ところでトナーの粒径が現像特性に与える影響
は、帯電性のほかにその重力と飛翔時の空気の粘
性抵抗あるいは慣性力等に起因するものと考えら
れ、単に粒径の違いだけでなく、トナーの材質す
なわち比重の違うトナーに対しても異なる周波数
の最適値が存在すると考えられ、これらの最適値
を用いたバイアス電源の周波数制御によつても同
様の効果が期待できるものと思われる。

またトナーの帯電量と飛翔感度すなわち検電性
との相関も強く、帯電量の大きさによつても適正
な印加電圧と周波数も変化する傾向を示し、この
ことから帯電量分布のばらつきに対しても本実施
例は効果的であることが裏付けられる。しかし残
念ながらトナーの帯電分布については測定手段が
なく、直接的確認はできない。いずれにしても、
本実施例によつて得られた画像は、第６図で示し
た如く最高濃度及び階調再現性を改善する上で、
従来に比較して格段の効果が認められる。このこ
とは、粒子径や比重などの性状に関して分布ばら
つきをもつたトナーに対して、周波数が同様に時
間的変化を持つた交流電界を現像有効領域に形成
することで、「活性化」されるトナー量を増大さ
せたことに起因するものと理解されよう。言いか
えれば、従来のように一定の周波数を印加する方
法では、この周波数に対応する特定の分布範囲の
トナーしか活性化できなかつたということであ
る。

以上のように本実施例によれば粒径や帯電量に
分布を有するトナーを効率的に飛翔、あるいは制
御するために、バイアス電源７により印加される
交流バイアスの周波数にも時間的分布をもたせる
ことにより、従来不可能に思われていたトナーの
特性ばらつきに対する許容範囲を拡大するととも
に、より画質的にも優れた非接触方式の現像装置
を提供することができる。

なお以上の例では、印加する周波数をN₁，
N₂，N₃の３種類としたが２種類でも十分従来よ
り良い結果が得られる。また、３種類以上用いて
も特に問題はない。また、偏奇させるべき電圧
は、感光ドラム６の帯電電位とトナーの帯電極性
によつて異なり、かぶり等を考慮して検討を加え
る必要がある。

また既に述べたように本発明は本実施例に限定
されるものではなく、特に使用する交番電圧に関
して、設定する周波数範囲、設定する周波数の種
類、偏奇電圧あるいは波形等は、当該本発明の趣
旨からすれば、様々なものがトナーの種類や現像
装置の形式などに応じて使用可能であることは、
明白である。また本実施例では、交番電圧の周波
数を複数の異なる値で段階的に切換えるようにし
たが、他に例えば該交番電圧の周波数を所定の値
から連続的言に変化させるようにしてもよい。基
本的には、本発明における現像間隙（感光ドラム
６と現像ロール１７と間隙）において感光ドラム
６と現像ロール１７との間に周波数が時間的に変
化する交流電圧を現像時間内繰返し印加すること
により、活性化されるトナーの範囲を広げるとと
もに、現像間隙で往復運動するトナーの振動状態
も変化させることができ、これにより、トナーの
飛翔到達距離も種々変化し、トナーの静電潜像へ
の付着確率や非静電潜像部からの再帰確率も制御
され、さらに、機械的にも、トナー特性的にも許
容範囲を広げることができる。また現像装置の形
状もただの一例であり、これに限定されるもので
はなく、磁性一成分型あるいは二性分型（キヤリ
アは高抵抗かつ径の小さいものに限られる）の現
像装置においても全く同様な手段が効果を与える
ことは勿論である。なお磁性トナーでは比重が重
くなるため、用いる周波数は上記実施例よりもや
や低い値（1KHz〜600Hz）に良好な値が見出され
る。

本発明はその他その要旨を変えない範囲で種々
変形が可能である。

［発明の効果］ 以上述べた如く、本発明によれば、限られた狭
い性状分布範囲内のトナー粒子だけでなく、より
広い性状分布範囲のトナー粒子を応動飛翔させ、
これにより階調性と緻密性に優れた画像を出力す
ることができる現像装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される電子複写機の断面
図、第２図は本発明にかかる現像装置の一実施例
について外観構成を示す斜視図、第３図は同例の
要部を示す概念的断面図、第４図は同例における
トナーの粒径分布を示すグラフ、第５図は同例の
バイアス電源から供給される現像バイアス電圧の
波形例を示すタイムチヤート、第６図は同例の作
用効果を示すためのグラフ、第７図はバイアス電
源の内部構成例を示す回路図、第８図はバイアス
電源の他の内部構成例を示す回路図である。 ６……感光ドラム（被現像体）、７……バイア
ス電源（電圧印加手段）、１７……現像ロール
（現像剤担持体）、５０……現像装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも検電性を有する現像剤を担持する
   現像剤担持体と、この現像剤担持体の現像剤の層
   厚よりも大きな微小間隙を保持して対向する被現
   像体に形成された電荷パターンを現像する現像手
   段とを具備した現像装置において、上記現像手段
   として上記微小間隙に周波数が時間的に変化する
   交番電圧を印加する電圧印加手段を具備し、上記
   交番電圧により生じる交番電界により上記微小間
   隙で現像剤を飛翔運動させて被現像体の電荷パタ
   ーンを現像することを特徴とする現像装置。 ２ 電圧印加手段により印加される交番電圧はそ
   の周波数の時間的変化が繰返されるものであり、
   かつその繰返し周期が現像有効領域あるいは現像
   時間内で少なくとも１周期が完了されるものであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   現像装置。