JPH06161262A - 電子写真装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成が簡単で小型の電子写真装置を提供する
ものである。 【構成】 固定磁石を内包する感光体を用いる。感光体
に静電潜像を形成した後、現像剤溜め内で磁性現像剤と
接触させ、現像剤を感光体表面に磁力で吸着させる。現
像剤層厚規制板で層厚を均一にした後、内部に固定磁石
を有し交流電圧を印加した電極ローラに通過させると、
画像部にのみトナーが残り現像される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンタやファクシミ
リ等に応用できる電子写真装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から電子写真方法においては磁性現
像剤を用いた２成分現像方法が広く用いられている。こ
の現像方法として、現在まで種々の方式が提案されてい
るが、1953年に開発された磁気ブラシ現像法は、それま
でのカスケード現像法に比べて装置をコンパクトにでき
ることや、細線の再現性に比較的優れていることから、
文書コピー用として電子写真現像方式の主流を占めるに
いたっている。

【０００３】以下図面を参照しながら、上記した従来の
２成分現像方法の一例について説明する。図１は従来の
２成分現像方法を用いた電子写真装置を示すものであ
る。図１において、１はトナーとキャリアが混合された
２成分現像剤である。２は内部に磁石ローラ３を包含し
た現像ローラである。４は電子写真感光体、５は電子写
真感光体を帯電させるコロナ帯電器、６は信号を露光す
る露光光、７はトナー像を紙に転写するコロナ帯電器、
８は感光体上に残留したトナーを清掃するクリーニング
装置である。以上のように構成された電子写真装置につ
いて、以下その動作について説明する。まず、感光体４
を帯電器５で帯電させる。信号光６で露光した後、静電
潜像を形成し、現像ローラ２上に担持した２成分磁気ブ
ラシ現像剤１によって現像する。こうして感光体４上に
得られたトナー像を、転写帯電器７を用いて紙に転写す
る。感光体上に残留したトナーは、クリーニング装置８
を用いて清掃し、ふたたび次の像形成工程に用いる。

【０００４】そのほか、従来の電子写真現像法として
は、カスケード現像法、タッチダウン現像法、ジャンピ
ング現像法などがある。

【０００５】そのなかで、感光体に直接現像剤を振りか
ける現像法として米国特許３１０５７７０号公報に示さ
れるカスケード現像法が知られている。カスケード現像
法は、電子写真法初の実用複写機に用いられた現像法で
ある。

【０００６】また、１成分トナーを飛翔させ現像する方
法として米国特許３８６６５７４号公報に示されるタッ
チダウン現像法がある。その現像ローラには、交流バイ
アスが印加される。この発明では現像ローラに印加する
交流バイアスはトナーの運動を活性化し、トナーは画像
部では飛翔到達し非画像部では途中で現像ローラに舞い
戻ると説明されている。

【０００７】さらに、この交流バイアスを印加する技術
を改良したものとして、特公昭５８−３２３７５号公報
に示されるジャンピング現像法がある。このジャンピン
グ現像法はトナー層をトナー担持体に担持させ現像部に
運び、そのトナー担持体に交流バイアスを印加し感光体
の画像部にトナーを付着させる現像法である。この特公
昭５８−３２３７５号公報は、画像部および非画像部に
おいて静電的にトナーが往復運動するという点で先の米
国特許３８６６５７４号公報と技術思想が異なるもので
ある。

【０００８】この特公昭５８−３２３７５号公報と類似
の技術に特公平３−３０１３６号公報がある。これは、
帯電したトナーを一旦トナー担持体から感光体全面に静
電的に付着させ、その後別途設けた非接触の電極ローラ
に交流電圧を印加し不要トナーを回収するものである。
この特許は前述の特公昭５８−３２３７５号公報と異な
り、最初に帯電したトナーがトナー担持体から感光体に
静電的に移される工程があることが異なる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら磁気ブラ
シ現像法では、現像器の構成が大がかりで、装置が大型
複雑化するという問題点を有していた。また、感光体と
現像剤が接触する時間が短いために画質が悪いという問
題点を有していた。

【００１０】さらに、カスケード現像法は、ベタ画像の
再現を苦手としていた。また、構成が大がかりで、装置
が大型複雑化するという問題点を有していた。

【００１１】さらに、米国特許３８６６５７４号公報の
現像器は、装置に高い精度が要求され複雑でコストが高
いという欠点を有していた。

【００１２】また、ジャンピング現像法はトナー層を担
持したトナー担持体により感光体の画像部だけを現像す
る構成のために、トナー担持体上のトナー層に前画像の
履歴が残り現像された画像に残像が現われる、いわゆる
スリーブゴースト現象が欠点であった。また装置が複雑
でコストが高いという欠点がある。

【００１３】最後の特公平３−３０１３６号公報は電極
ローラを別途設けたためにスリーブゴーストは現われな
いが、ローラが２本になるために装置が複雑でコストが
高いという欠点を持つ。

【００１４】本発明は、構成が簡単でしかも高画質の電
子写真装置を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、固定磁石を内包し、かつ静電潜像を保
持し移動する静電潜像保持体と、少なくともトナーを含
む磁性現像剤を内部に保持し、前記現像剤溜め内に位置
する前記静電潜像保持体の表面に前記固定磁石の磁力に
より前記磁性現像剤を磁気的に付着させる現像剤溜め
と、前記静電潜像保持体表面に付着した前記磁性現像剤
の層厚を均一に規制する現像剤量規制板と、前記磁性現
像剤層を表面に担持した前記静電潜像保持体に対向し、
かつ固定磁石を内包し回転し、前記磁性現像剤を回収す
る電極ローラと、前記静電潜像保持体上の非画像部のト
ナーを除去し画像部のトナーを残す交流電圧を前記電極
ローラに印加する高圧電源と、前記電極ローラに回収し
た磁性現像剤をかきとるスクレーパと、を有する電子写
真装置である。

【００１６】

【作用】本発明は、内部に固定磁石を有する感光体を用
い、静電潜像を形成した静電潜像保持体に現像剤を振り
かけ磁気的に付着させ、現像剤層厚規制板で層厚を均一
にした後、内部に磁石を有する電極ローラ部まで担持搬
送し、電極ローラに交流バイアスを印加し、感光体の非
画像部の不要現像剤を静電力と磁力の合力によって除去
する構成である。すなわち、本発明は、従来の電子写真
現像法に、感光体内部に現像剤吸着用の磁石を設置し、
感光体外部に設けた電極ローラに交流電圧を印加すると
いう改良を加え、より小型化・高性能化したものであ
る。これにより、現像器が簡略化できるとともに、さら
に感光体に接触する現像剤の現像領域を広くすることが
でき、高画質を得ることができる。本発明では、最初に
現像剤が感光体に振りかけられたときに、ほとんど現像
は終了し、電極ローラ部は現像剤を現像剤溜め内で循環
させると同時に感光体静電潜像の非画像部の現像剤を回
収している。

【００１７】本発明の電極ローラと従来の現像法に用い
られる現像ローラとの構成の違いを説明する。 （１）本発明では、現像剤を現像剤溜めから現像部まで
担持し運ぶのは磁石を内包した感光体であり、従来の静
電潜像保持体と現像剤担持体の概念を同一構成に具現化
したものである。この技術思想に基づく構成であるた
め、像形成方法は、画像部に現像剤を付着現像するので
はなく、非画像部の不要現像剤をはぎ取る方法になると
いう違いが生じる。 （２）本発明の電極ローラは裸の面が常に感光体に対向
し、電極ローラに回収された現像剤は、ローラの回転に
より直ちに現像部から除去される構成である。従来のよ
うに、現像ローラ上に形成された現像剤薄層により画像
部を現像する方法では、現像ローラ上の現像剤薄層の均
一性がそのまま画像に現れるため、現像剤層形成には高
い精度が要求される。しかし、本発明のように、先に過
剰の厚さの現像剤層を感光体上に形成し、後に裸の電極
ローラで現像剤を回収する構成にすると、現像剤層の不
均一部のほとんどが電極ローラ側に移動し、感光体上に
は平坦化して均一な画像を残せるようになる。

【００１８】本発明は、感光体内部空間を利用して磁石
を設け、現像剤の搬送移動を感光体の移動力と兼用でき
るために、現像器の構成が簡略化でき、さらに、電極ロ
ーラの裸の面で現像剤を回収する構成のためにスリーブ
ゴーストが発生しない特徴がある。

【００１９】

【実施例】本発明にはいわゆる２成分現像剤用のトナー
を用いることができる。これは、カーボンブラックやフ
タロシアニンなどの着色顔料を、スチレン樹脂やアクリ
ル樹脂などのバインダ樹脂に分散し粉砕後分級したもの
である。このトナーは噴霧乾燥によって得られる粉体で
もよいし、またパール重合法等で化学的に得られる粉体
であっても良い。この場合にこのトナーの表面にシリカ
微粒子を付着させると、トナーの流動性が良くなり、そ
の結果地かぶりがなくなる効果がある。トナー粒子はそ
のままキャリアに混合しても良いし、使用条件によって
は、フッ素樹脂微粉末、微細なプラスチック粉末、ステ
アリン酸亜鉛等をトナーの表面に付着させたものであっ
ても良い。用いるトナーの平均粒径は１５μｍ以下が望
ましいが、１２μｍ以下にするとさらにシャープな画像
が得られた。

【００２０】本発明の２成分現像剤に用いるキャリア
は、鉄粉やフェライト粉などの磁性体、あるいはそれら
の表面を樹脂コートしたもの、フェライト粉やマグネタ
イトなどの微粉末を３０〜８０％程度の割合で、スチレ
ン樹脂、エポキシ樹脂、スチレンアクリル樹脂等に分散
混合し粉砕分級した磁性粉などが用いられる。キャリア
の平均粒径は３００μｍ以下が好ましいが、特に１５０
μｍ以下にするとトナーを均一に帯電することができ
る。

【００２１】本発明の磁性現像剤として絶縁性１成分ト
ナーを用いることができる。１成分トナーを用いると装
置構成が簡略化できる。本発明に用いる１成分トナー
は、マグネタイトやフェライトの粉末を帯電制御剤と共
にスチレン樹脂やアクリル樹脂などのバインダ樹脂に分
散し粉砕後分級したものである。このトナーは噴霧乾燥
によって得られる粉体でもよいし、またパール重合法等
で化学的に得られる粉体であっても良い。この現像方法
では、一度感光体の全面にトナーを付着させ、後に電極
ローラにより非画像部のトナーを除去する構成である
が、この方法では、トナーの流動性が悪いと、非画像部
のトナーが感光体に強く付着し除去できず、地かぶりと
なって画像を劣化させる。このトナーの表面にシリカ微
粒子を外添すると、トナーの流動性が良くなり、感光体
への非静電的付着力が小さくなり、地かぶりがなくなる
効果がある。このとき、シリカ粒子は流動性の向上に寄
与するだけでなく、トナーの帯電にも寄与している。こ
の現像方法では、１成分トナーの場合ではトナーを帯電
させる帯電部材を特に設ける必要はなく、トナーにシリ
カ粒子を加えておけば、帯電した感光体と接触した時
に、電荷が感光体側からトナー側に移動し、トナーは感
光体と同極性に帯電することがわかった。このシリカ微
粒子は、コロイダルシリカともよばれる。

【００２２】本発明に使用する感光体には、酸化亜鉛、
セレン、硫化カドミウム、フタロシアニンやアゾ顔料を
用いた有機感光体等を用いることができる。本発明は、
磁石を内包する電子写真感光体ドラムを用いる。この磁
石は回転せず感光体のみが回転する。

【００２３】本発明には、感光体表面に対し開口部を有
する現像剤溜めを用いる。現像剤は現像剤溜めから直接
感光体に接触する構成である。

【００２４】このような構成の感光体が現像剤溜め内を
通過すると、現像剤が磁力により感光体に付着し、感光
体の動きと共に移動する。このとき現像剤が１成分トナ
ーのときは、現像剤は磁場を離れても、静電引力といわ
ゆるファンデルワールス力で感光体に付着したままの状
態を保つ。

【００２５】この感光体表面に付着する現像剤の量は、
現像剤量規制板によって規制される。この現像剤量規制
板は、例えばゴム板の様な弾性体を用いることができ
る。このとき、ウレタンやシリコーンのゴム板を柔らか
く感光体表面に直接接触させれば、感光体表面には均一
な現像剤の薄層が形成される。また、現像剤量規制板に
軟鉄、ニッケル、磁性ステンレススチール（ＳＵＳ４３
０）等の磁性体を用いてもよい。このときには、現像剤
量規制板を感光体に内包された１磁極と対向する位置に
距離を開けて設置すると、両者を結ぶ磁力によって現像
剤の流出が一部遮弊された状態になり、均一な現像剤層
を感光体に形成できるようになる。また、現像剤量規制
板を導電体にして直流電圧を印加すると、さらに現像剤
層形成が容易になる。例えば、感光体の表面電位と略同
電位あるいはそれより高い直流電圧を印加すると、現像
剤が現像剤量規制板から感光体側に押しやられ、密度の
濃い均一な現像剤薄層が形成される。磁性体の現像剤量
規制板と感光体表面の距離は１００μｍから４ｍｍが適
切である。こうして形成された現像剤薄層の厚みは１０
０μｍから４ｍｍ程度になり、特に１成分トナーの場合
は、現像剤層厚を約５０μｍにするとシャープなライン
画像が得られた。

【００２６】電極ローラは感光体と１００μｍから４ｍ
ｍの距離を開け、設置される。この距離を、感光体上に
形成された現像剤層厚よりも広く設定すると、シャープ
なライン画像が得られる。一方、より濃いベタ画像濃度
を得るときには、現像剤層の厚みよりも感光体と電極ロ
ーラの距離を狭く設定すれば良い。すなわち、このとき
は感光体上の現像剤層の先端部は、電極ローラに接触す
る。電極ローラの材質は導電性のものであればいかなる
ものでも良く、例えば、ステンレススチール、アルミニ
ウムなどがある。現像剤電極ローラの表面は、研磨され
たものでもよく、またサンドブラスト加工等により表面
に凹凸をつけたものでもよい。さらにはグラファイト等
をエナメル等に分散した導電性樹脂を導電性支持体の上
にコートしたものであっても良い。この様な選択は、用
いる現像剤の流動性等を考慮して決定される。また感光
体上の現像剤を効率よく回収するために、電極ローラの
内部には磁石を入れる。こうすると感光体上の現像剤を
除去するのに静電力だけでなく磁力を併用でき効率的で
ある。

【００２７】この電極ローラには、交流電圧を印加す
る。この交流電圧の周波数は、像形成のプロセス速度に
よっても変わるが、おおよそ５０Ｈｚから５０００Ｈｚ
の範囲、好ましくは３００から３０００Ｈｚの範囲が良
い。交流電圧の値は、ゼロ・ツー・ピークの値で、感光
体の帯電電位のおおよそ０．５から３倍の値が良く、さ
らには０．５から１．５倍の値が好ましい。交流電圧に
重畳する直流電圧の値は、感光体の帯電電位と同等かあ
るいはそれより数１０％低い値に設定すれば、良好なネ
ガポジ反転画像が得られる。正規現像の場合には、逆極
性のトナーを用いて感光体の露光電位とほぼ同等の電圧
を印加すればよいことはいうまでもない。この様な電圧
を電極ローラに印加すると、感光体表面に付着した現像
剤は、感光体と電極ローラの間を運動し、しだいに感光
体の非画像部の現像剤は電極ローラ側に移動し、画像部
にのみ現像剤像が残るようになる。この電極ローラの外
周移動方向は、感光体の外周移動方向と同方向がよく、
かつその移動速度を略同一にすると、電子写真特有のエ
ッジ効果が現れず、均一なベタ部現像が得られた。しか
し、逆に文字再現を良くするためにエッジを強調すると
きには逆方向回転にすればよい。

【００２８】この電極ローラに付着した現像剤は、現像
剤溜め内に設けられたスクレーパによりかきとり、再び
現像剤を現像剤溜め内に戻してもよいし、またそのまま
現像器外へ排出しても良い。このスクレーパは、電極ロ
ーラに影響を与えないようにするため電気的に絶縁され
ていることが望ましい。そのため、このスクレーパには
例えばポリエステルフィルムなどのプラスチックがよ
い。このスクレーパには、ステンレススチールや燐青銅
板などを用いることもできるが、そのときは、電極ロー
ラに電気的に影響を与えないようにするため、電極ロー
ラ以外には電気的に接触しないように絶縁する必要があ
る。

【００２９】（具体的実施例１）以下本発明の電子写真
現像装置について、図面を参照しながら説明する。

【００３０】図２において、９はフタロシアニンをバイ
ンダ樹脂に分散した有機感光体ドラム、１０は感光体９
と同軸で固定された４極の磁極よりなる磁石、１１は感
光体をマイナスに帯電するコロナ帯電器、１２は感光体
の帯電電位を制御するグリッド電極、１３は信号光、１
４は現像剤溜め、１５は平均粒径約１０μｍのマイナス
帯電性磁性１成分トナー、１６はステンレス製の現像剤
量規制板、１７はアルミニウム製の電極ローラ、１８は
電極ローラ１７と同軸で固定された４極の磁極よりなる
回転しない磁石、１９は電極ローラに交流電圧を印加す
る交流高圧電源、２０は電極ローラ１７上の現像剤をか
きおとすポリエステルフィルム製のスクレーパ、２１は
感光体上のトナー像を紙に転写する転写コロナ帯電器で
ある。感光体９表面および電極ローラ１７表面での磁束
密度は８００Ｇsである。感光体９の直径は３０ｍｍ
で、周速３０mm/sで回転させた。

【００３１】感光体９をコロナ帯電器１１（印加電圧−
４ｋＶ、グリッド１２の電圧ー５００Ｖ）で、−５００
Ｖに帯電させた。この感光体９にレーザ光１３を照射し
静電潜像を形成した。現像剤溜め１４内で、磁性１成分
トナー１５をこの感光体９表面上に磁力により付着さ
せ、さらに−５００Ｖの電圧を印加した現像剤量規制板
１６を通過させると、感光体９上には厚さ約１５０μｍ
のトナー層が形成された。このときトナーはおおよそ−
３μC/gに帯電していた。次にこのトナー層が付着した
感光体９を電極ローラ１７の前を通過させた。このとき
感光体９と電極ローラ１７の距離は２００μｍに設定し
た。電極ローラ１７には高圧電源１９により、−４５０
Ｖの直流電圧を重畳した７００Ｖ0-pの交流電圧（周波
数１ｋＨｚ）を印加した。感光体９上のトナー層は感光
体９と電極ローラ１７の間を運動し、次第に非画像部の
トナーは電極ローラ１７側に移り、感光体９上には画像
部のみにネガポジ反転したトナー像が残った。電極ロー
ラ１７上に付着したトナーは、内部の磁石１８によって
電極ローラ１７に付着し搬送され、スクレーパ２０によ
ってかきとられ、再び現像剤溜め１４内に戻し次の像形
成に用いられた。こうして感光体９上に得られたトナー
像を、紙（図示せず）に、転写帯電器２１によって転写
した後、定着器（図示せず）により熱定着した。一方、
転写後、再びコロナ帯電器１１で感光体９を帯電し、次
の像形成工程に用いた。その結果、トナーの飛び散りな
どのないシャープな画像が得られた。

【００３２】（具体的実施例２）図３において、２２は
アゾ顔料をバインダ樹脂に分散した有機感光体ドラム、
２３は感光体２２と同軸で固定された４極の磁極よりな
る回転しない磁石、２４は感光体をマイナスに帯電する
コロナ帯電器、２５は感光体の帯電電位を制御するグリ
ッド電極、２６は信号光、２７は現像剤溜め、２８は表
面をシリコーン樹脂でコートした粒径１００μｍの鉄粉
キャリア２９とカーボンブラックで着色したトナー３０
を混合した２成分現像剤、３１は感光体２２と１mmの距
離を開け設置したステンレス製の現像剤量規制板、３２
は感光体２２と１mmの距離を開けて設置されたアルミニ
ウム製の電極ローラ、３３は電極ローラ３２と同軸で固
定された３極の磁極よりなる回転しない磁石、３４は電
極ローラに電圧を印加する交流高圧電源、３５は電極ロ
ーラ上の現像剤をかきおとすポリエステルフィルム製の
スクレーパ、３６は使用済みの現像剤を排出するドレイ
ン、３７は感光体上のトナー像を紙に転写する転写コロ
ナ帯電器である。感光体２２表面および電極ローラ３２
表面での磁束密度は８００Ｇsである。感光体２２の直
径は３０ｍｍで、周速３０mm/sで回転させた。

【００３３】感光体２２をコロナ帯電器２４（印加電圧
−４ｋＶ、グリッド２５の電圧−５００Ｖ）で、−５０
０Ｖに帯電させた。この感光体２２にレーザ光２６を照
射し静電潜像を形成した。現像剤溜め２７内で、トナー
濃度１０％の２成分磁性現像剤２８をこの感光体２２表
面上に磁力により付着させ、現像剤量規制板３１を通過
させると、感光体２２上には厚さ約１．２mmの現像剤層
が形成された。次にこの現像剤層が付着した感光体２２
を電極ローラ３２の前を通過させた。電極ローラ３２に
は高圧電源３４により、−４５０Ｖの直流電圧を重畳し
た７００Ｖ0-pの交流電圧（周波数１ｋＨｚ）を印加し
た。感光体２２上の現像剤層は感光体２２と電極ローラ
３２の間を運動し、感光体２２上には画像部のみにネガ
ポジ反転したトナー像が残り、その他の現像剤は電極ロ
ーラ３２側に移った。電極ローラ３２上に付着した現像
剤は、内部の磁石３３によって電極ローラ３２に付着し
搬送され、スクレーパ３５によってかきとり、ドレイン
３６に排出された。こうして感光体２２上に得られたト
ナー像を、紙（図示せず）に、転写帯電器３７によって
転写した後、定着器（図示せず）により熱定着した。そ
の結果、トナーの飛び散りなどのないシャープな画像が
得られた。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は、固定磁石を内包
する静電潜像保持体に静電潜像を形成した後、静電潜像
保持体の表面に磁性現像剤を磁気的に付着させ、その後
内部に固定磁石を有する電極ローラにより非画像部の磁
性現像剤を除去する構成にしたことにより、構成が簡単
で高画質の電子写真装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子写真現像装置の概略図

【図２】本発明の第１の実施例における電子写真装置の
構成図

【図３】本発明の第２の実施例における電子写真装置の
構成図

【符号の説明】

９ 感光体 １０ 磁石 １１ コロナ帯電器 １２ グリッド電極 １３ レーザ露光 １４ 現像剤溜め １５ 磁性現像剤 １７ 電極ローラ １８ 磁石 １９ 交流高圧電源 ２０ スクレーパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 21/00 １１３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定磁石を内包し、かつ静電潜像を保持し
   移動する静電潜像保持体と、少なくともトナーを含む磁
   性現像剤を内部に保持し、前記現像剤溜め内に位置する
   前記静電潜像保持体の表面に前記固定磁石の磁力により
   前記磁性現像剤を磁気的に付着させる現像剤溜めと、前
   記静電潜像保持体表面に付着した前記磁性現像剤の層厚
   を均一に規制する現像剤量規制板と、前記磁性現像剤層
   を表面に担持した前記静電潜像保持体に対向し、かつ固
   定磁石を内包し回転し、前記磁性現像剤を回収する電極
   ローラと、前記静電潜像保持体上の非画像部のトナーを
   除去し画像部のトナーを残す交流電圧を前記電極ローラ
   に印加する高圧電源と、前記電極ローラに回収した磁性
   現像剤をかきとるスクレーパと、を有する電子写真装
   置。