JPH0668649B2

JPH0668649B2 - 多色の像形成装置

Info

Publication number: JPH0668649B2
Application number: JP61188976A
Authority: JP
Inventors: 尚史庄司
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 1986-08-11
Filing date: 1986-08-11
Publication date: 1994-08-31
Anticipated expiration: 2009-08-31
Also published as: JPS6344669A

Description

【発明の詳細な説明】【産業上の利用分野】

本発明は電子写真法による像形成装置に関し、詳しくは
像形成体上に二つ以上のトナー像を重ねて形成する像形
成装置に関する。

【発明の背景】

上述の像形成は導電性基板上に光導電層を有する像形成
上で帯電像露光現像を１サイクルとしてこれを２
回以上行うことにより実現される方法。（例えば特願昭
58−184381号）あるいは像形成体として光導電層の外側
に透過性の絶縁層を設けたものを用いて、一次帯電
二次帯電同時像露光一様露光現像を１サイクルとし
て２回以上行う方法、または一次帯電二次帯電像
露光現像を１サイクルとして２回以上行う方法（例え
ば特願昭58−183152号）などがある。これらの方法は像
形成体上での多色現像や像の合成を可能とする。これら
の重ね合わせ像は１度の転写プロセスで転写体に転写で
きるので、簡単な構成で、多色像や合成像が得られる装
置ができる。このための、現像方法としては、例えば非
磁性トナーと磁性キャリアの混合物からなる現像剤を用
いて特願昭58−57446号あるいは同60−192712号明細書
に記載された条件の下で行うことが必要である。この現
像方法は磁気ブラシ現像法の一種であるが、磁気ブラシ
を像形成体に接触させず、交流バイアスによりトナーの
みを像形成体の潜像面へ飛翔させることを特徴とする。上述のような像形成装置の一例としては潜像形成手段が
色別に潜像を形成し、それぞれの潜像を対応した色のト
ナーを用いている現像装置で現像するものがある。このような多色像形成装置においては、導電性基板上に
光導電性物質を有する像形成体（以下感光体という場合
もある）にレーザーなどの光線を照射して静電潜像を形
成するものが代表的である。このような装置において
は、第６図のフローチャートに示すようにして多色像が
形成される。第６図は像形成体の表面電位の変化を示したものであ
り、pHは像形成体の露光部、DAは像形成体の非露光部、
DUPは露光部pHに第一の現像でトナーT₁が付着したため
生じた電位の上昇分を示す。説明のため潜像の極性を正
とする。像形成体は帯電器により一様な帯電が施されて、一定
の正の表面電位Ｅとなる。レーザー・陰極線管・LEDなど露光源とする第一の像
露光が与えられ、露光部pHの電位はその光量に応じて低
下する。このようにして形成された静電潜像を、未露光部の表
面電位Ｅにほぼ等しい正のバイアスを印加された現像装
置が現像する。その結果、正帯電トナーT₁が相対的に電
位の低い露光部pHに付着し、第一のトナー像が形成され
る。このトナー像が形成された領域は、正帯電トナーT₁
が付着したことにより電位がDUPだけ上昇するが、通常
は未露光部DAと同電位にはならない。次に第一のトナー像が形成された像形成体表面は帯電
器により２回目の帯電が施され、その結果、トナーT₁の
有無にかかわらず、均一な表面電気Ｅとなる。この像形成体の表面に第二の像露光が施されて静電潜
像が形成される。前記と同様にしてトナーT₁とは異なる色の正帯電ト
ナーT₂により現像が行なわれ第二のトナー像が得られ
る。以下同様のプロセスを必要回数行って像形成体上に多色
トナー像を得る。これを転写材に転写し、さらにこれを
加熱または加圧して定着することにより多色記録画像が
得られる。この場合には像形成体の表面に残留するトナ
ーおよび電荷をクリーニングして次の多色像形成に用い
られる。上記プロセスは多色像に限らず、像形成体上でトナー像
を合成し、それを一括して転写して記録像を形成する装
置に採用することも可能である。

【発明が解決しようとする問題点】

本発明者は上述のような多色像形成装置を試作し、実験
を行ったところ、２色目以降の像露光の際、すでにトナ
ー像として像形成体に付着しているトナーが像形成体上
を移動し、結果として画像のにじみやトナーの飛散が発
生することがわかった。それは最初に現像されたトナーT₁が２回目の像露光光を
十分に透過せず、背景を一様に露光してもトナー付着部
分の電位が高くなる場合、あるいはトナー付着部分を避
けてその周囲が露光された場合などによく発生する。こ
れらの場合には第６図に対応する表面電位が第７図に
示されるようになる。この状態においてトナーT₁の一部
が元の場所から離れて周辺部に飛散したり、あるいは装
置中に浮遊し内部を汚染する。トナーT₁が像露光を十分に透過するものであるときは、
トナー付着部分の電位は下がり、画像のにじみや内部の
汚れは起こらない。このような現象は、トナーT₁が像形成体面に平行な方向
へ強く静電気力を受けていることに起因する。この様子
を第８図に示す。矢印は電気力線であり、正帯電トナー
はこの方向に力を受ける。画像のにじみ現像は、画像の端部や細線のボケ、網点の
ノイズ化などを引き起こし、画質を劣化させる。また内
部の汚れは装置の動作そのものに悪影響を及ぼし、装置
のトラブルや画像汚れの原因となる。

【発明の目的】

本発明は、上述の画像のにじみやトナー浮遊を防止し、
常に高画質の画像を作成するとともにトラブルが少なく
メンテナンスの容易な像形成装置を提供することを目的
とする。

【発明の構成】

上記目的は回転可能な像形成体の周囲に静電潜像形成手
段と複数の現像手段とを有する像形成装置において、前
記像形成体の回転方向に向かって前記静電潜像形成手段
の直後に電界形成手段を配設したことを特徴とする像形
成装置によって達成される。

【作用】

本発明の像形成装置においては、帯電，像露光，現像に
よってトナー像が形成され、さらに次の帯電，像露光，
現像が行なわれるが、前回像形成体上に形成されたトナ
ー像のトナーは、静電気力その他の力により像形成体に
付着している。その状態で静電潜像が形成され、周囲の
電位が下がった時、付着力の比較的弱いトナー（例えば
最上層のトナー）から浮遊しだす。したがって、潜像形成の直後に遊離しようとするトナー
を電界形成手段によって静電的に特定位置に引き寄せる
ことにより、画像のにじみやトナー浮遊を防止すること
ができる。

【実施例】

第１図は本発明に基づいて構成された多色像形成装置の
一実施例の内部構成を示す概略図である。図中１は矢印方向に回転する像形成体、21はコロナ帯電
器、Ｌはレーザー光学系26により照射される像露光、5
A,5B,5C,5Dはイエロー、マゼンタ、シアン、黒のトナー
を有する現像装置、33は転写電極、34は分離電極、Ｐは
転写紙、35は本発明による電界形成手段で、35aは回転
可能な金属ローラー、35bはスクレーパー、また36はク
リーニング装置で36aはファーブラシ、36bはトナー回収
ローラーで36cはスクレーパーである。この多色像形成
装置は次のようにして多色像を形成する。像形成体１はスコントロン帯電極21により表面が均一に
帯電される。続いてレーザー光学系26から記録データに
従った像露光光Ｌが像形成体１上に照射される。このよ
うにして静電潜像が形成される。この静電潜像はトナー
が収容されている現像装置5Aにより現像される。トナー像を形成された像形成体は、再びスコロトロン帯
電極21により均一に帯電され、別の色成分の記録データ
に従った像露光光Ｌを受ける。形成された静電潜像はト
ナーが収納されている現像装置5Bにより現像される。こ
の結果、像形成体１上にトナーT₁とトナーT₂による２色
トナー像が形成される。以下同様にしてトナーT₃、トナ
ーT₄が重ねて現像され、像形成体１上に４色トナー像が
形成される。ここで２色目以降の像露光が行なわれると
き、電界形成手段35の金属ローラー35aにはトナーＴを
吸着するような極性のバイアスが印加されている。この
ため、像形成体１に付着しているトナーＴの一部がこれ
に吸引される。このトナーＴは画像のにじみや内部汚染
をもたらすものであるが、上述の作用のためこれらの現
像は著しく減少する。このようにして像形成体１上に得られた多色トナー像は
転写極33により記録紙Ｐに転写される。記録紙Ｐは分離
極34により像形成体１から分離され、定着器31で定着さ
れる。一方、像形成体１は電界形成手段35とクリーニン
グ装置36により清掃される。ファーブラシ36aは像形成中は像形成体１とは非接触に
保たれていて、像形成体１に多色像が形成されるとその
転写後に像形成体１と接触し、矢印方向に回転しながら
転写残トナーを掻き取る。クリーニングが終わるとファーブラシ36aは再び像形成
体１から離れる。トナー回収ローラー36bは矢印方向に
回転しながら適当なバイアスが印加されて、ファーブラ
シ36aよりトナーなどを回収する。それはさらにスクレ
ーパー36cで掻き取られ、一次貯蔵される。レーザー光学系26を第２図に示す。図中、37は半導体レ
ーザーダイオード、38は回転多面鏡、39はｆθレンズで
ある。この多色像形成装置10は、第３図に示すように、画像デ
ータ形成装置13、画像読取装置14、画像記憶装置15、画
像処理装置16、画像表示装置17などさまざまな形態の画
像データ出力装置から転送される画像データに基づい
て、ハードコピーを作成するプリンターである。第４図は電界形成手段35の拡大断面図である。ローラー35aは、正（または負）帯電トナーを吸引する
負（または正）極性のバイアスが印加されるか、もしく
は接地されている。像形成体１上のトナー像を構成する
トナーＴは、ローラー35aと像形成体１の間に生じる電
界により飛翔し、ローラー35aに付着する。このとき飛
翔するトナーは、元来像形成体への付着力が弱く、像形
成体上の像の周辺部に移動したり、装置中を浮遊したり
しやすいものであるが、ローラー35aに付着するため、
これらの現象は著しく減少する。ローラー35aに付着し
たトナーはスクレーパ35bにより掻き落とされ、一時的
に貯蔵される。これはメンテナンスなどの時に捨てられ
る。電界形成手段としては第４図の構成のものに限ら
ず、種々のものが考えられる。その条件としては、（１）像形成体のみからトナーを回収するようになって
いて現像装置などからトナーを飛翔させないこと（２）回収したトナー一定量まで貯蔵できることなどで
ある。第５図は現像装置５の断面図である。図中52はハウジン
グ、53はスリーブ、54は現像剤搬送体すなわちスリーブ
内に設けられた磁界発生手段でありN,S極を有する磁気
ロール、55は層形成部材、56は該部材の固定部材、57は
第１の撹拌部材、58は第２の撹拌部材である。59はスリ
ーブクリーニング部材、18は現像バイアス電源、12は現
像域すなわちスリーブ53により搬送されたトナーが像形
成体に静電的な力を受けて移行しうる領域、Ｔはトナー
Ｄは現像剤を表す。かかる現像装置において、二つの撹
拌部材57,58はスクリュー状のもので、図の矢印方向に
回転するとにより現像剤の撹拌および搬送を行う。撹拌
部材57は現像剤を紙面手前方向へ、撹拌部材58は紙面奥
側へ搬送されるような形状をしている。両者の中間部で
現像剤が滞留しないように壁52が設けられていて、この
ためこの領域で紙面左右方向に現像剤の交換が行われ
る。この現像装置５へのトナー補給は第５図の手前側から行
なわれ、撹拌部材58により紙面奥側へ、撹拌部材57によ
り紙面手前側へと概略循環し、トナーＴとキャリアが均
一に混合される。しかし、トナーＴ補給の位置は特にこ
れに限定されるものではなく、例えば第５図右側からス
リーブ軸に対し一様に補給するような方法でもよい。このようにしてトナーＴとキャリアからなる現像剤Ｄは
十分撹拌混合され、矢印方向に回転するスリーブ53と磁
気ロール54の搬送力によりスリーブ53の回転方向と同方
向に搬送される。前記スリーブ53表面にはハウジング52
から延びる固定部材56により保持された層形成部材55が
圧接されていて、搬送される現像剤Ｄの量を規制し、ス
リーブ53周面に現像剤層を形成する。なお上記現像を実施するに際して現像剤層を形成する他
の手段としては、例えばスリーブと一定の間隙をへだて
て配置された磁性または非磁性の規制板、スリーブに近
接して配置された磁気ロールなど従来公知のいずれを使
用してもよい。現像剤を構成するキャリア及びトナーは小粒径の方が画
質の解像力及び階調再現性の点から有利である。例えば
現像剤層のキャリアを30μｍ以下の小粒径とした場合で
も前記した層形成部材55のような手段を用いることによ
り現像剤中の不純物や粒塊等を自動的に排除して均一な
長さの磁気ブラシを形成することができる。しかも前記
キャリアがトナーと同程度の小粒径とされた場合でも同
様不純物の混入が排除されて均一な長さの磁気ブラシ形
成が可能である。スリーブクリーニングローラ59は矢印方向に回転し（第
５図）現像領域12を通過してトナーを消費した現像剤を
スリーブ53から掻き取る。このために現像領域に搬送さ
れるトナーの量を一定に保つことができ、現像条件が安
定する。次に上記現像方法に用いられる好ましい現像剤の構成に
ついて述べる。トナーの構成例をあげれば以下のようである。熱可塑性樹脂（結着剤）80〜90wt％例：ポリスチレン、スチレンアクリル重合体、ポリエス
テル、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポリエチレン、エチレン酢ビ共重合体など、あ
るいは上記の混合物顔料（着色剤）０〜15wt％例：黒；カーボンブラックイエロー；ベンジジン誘導体マゼンタ：ローダミンＢレーキ、カーミン6Bなどシアン；フタロシアニン、スルホンアミド誘導体染料な
ど荷電制御剤０〜5wt％例：プラストナー；ニグロシン系の電子供与性染料、ア
ルコキシル化アミン、アルキルアミド、キレート、顔
料、４級アンモニウム塩などマイナストナー；電子受容性の有機錯体、塩素化パラフ
ィン、塩素化ポリエステル、酸基過剰のポリエステル、
塩素化銅フタロシアニンなど流動化剤例：コロイダルシリカ、疎水性シリカ、シリコンワニ
ス、金属石ケン、非イオン界面活性剤などクリーニング剤（感光体上のトナーのフィルミング
を防止）例：脂肪酸金属塩、表面に有機基をもつ酸化ケイ素酸、
フッ素系界面活性剤など充填剤（画像の表面光沢の改良、原材料費の低減）例：炭酸カルシウム、クレー、タルク、顔料などこれら
の材料のほか、画像面へのかぶりやトナー飛散を防ぐた
め、磁性粉を少量含有させてもよい。このような磁性粉としては粒径0.1〜１μｍの四三酸化
鉄、γ−酸化第二鉄、二酸化クロム、ニッケルフェライ
ト、鉄合金粉末などが用いられ、0.1〜5wt％含有され
る。又トナーの色調、特にカラートナー色調を鮮明なも
のとするため前記磁性粉の含有量は1wt％以下とするの
が望ましい。なお、約20kg／cmの力で塑性変形して紙に定着させる圧
力定着用トナーに適する樹脂としては、ワックス、ポリ
オレフィン類、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリウレ
タン、ゴムなどの粘着性樹脂などが用いられる。以上の材料を用いて従来公知の製造方法によりトナーを
作ることができる。本装置において、さらに好ましい画像を得るために、ト
ナー粒径（重量平均）は50μｍ程度以下、特に15〜１μ
ｍとするのが好ましい。15μｍを超えると画質が悪く、
50μｍを超える場合細字がよみにくくなり、１μｍ以下
だと帯電量などの制御がしづらくなり、現像が困難にな
る。なお上記説明でいうトナー及びキャリアの粒、又は
平均粒径は重量平均粒径を意味し、該重量平均粒径はコ
ールターカウンタ（コールタ社製）で測定された値であ
る。また粒子の固有抵抗は、粒子を0.50cm²の断面積を
有する容器に入れてタッピングした後、詰められた粒子
上に1kg／cm²の荷重をかけて厚さを1mm程度とし、荷重
と底面電極との間に10²〜10⁵V／cmの電界を発生させて
そのとき流れる電流値から求められる。又キャリアの構
成は以下のようであり、基本的にトナーの構成材料とし
て挙げたものが用いられる。キャリア粒子は磁性体粒子と樹脂を主な成分とするもの
であって、解像力や階調再現性を向上させるため、好ま
しくは球形化され、重量平均粒径が50μｍ以下、特に５
μｍ以上40μｍ以下のものが好適である。ここでキャリ
ア粒子径が40μｍ、特に50μｍを超えると磁気ブラシが
長くかつ粗くなって現像剤層の薄層化が実現困難にな
り、その結果現像性が悪くなり、画質が低下する。又５
μｍ未満だと現像剤の流動性が低下して攪拌効率が低下
するので、トナーの帯電制御が難しくなり、かつキャリ
アの軽量化のため飛散が発生しやすくなる。また、バイアス電圧によって電荷が注入されて像形成体
面にキャリアが付着したり、潜像を形成する電荷が消失
したりするのを防ぐため、キャリアの抵抗率は10⁸Ωcm
以上、好ましくは10¹³Ωcm以上さらに好ましくは10¹⁴Ω
cm以上の絶縁性のものがよい。このようなキャリアは、磁性体の表面を樹脂で被覆する
か、あるいは磁性体粒子を樹脂に分散含有させ、得られ
た粒子を公知の粒径選別手段で選別して作られる。さらにキャリアを球形化する場合は以下のように行う。樹脂被覆キャリア：磁性体粒子として球形のものを
選ぶ。磁性粉分散キャリア：分散樹脂形成後に熱風や熱水
による球形化処理を施したり、スプレードライ法により
直接球形の分散樹脂を形成する。上述のトナーとキャリ
アを、各表面積の総和が等しくなる程度の比で混合する
ことが好ましい。例えばトナーの平均粒径が10μｍ、比
重が1.2g／cm³、キャリアの平均粒径が35μｍ、比重が
4.5g／cm³であるとき、トナー濃度（現像剤に対するト
ナーの重量比）は２〜30wt％、好ましくは５〜15wt％に
設定するのが適当である。トナー濃度が上記範囲より小
さければ、トナーの搬送を十分に行うのが困難になると
ともに帯電量が大きくなりすぎて、十分な現像が行なわ
れない。またトナー濃度が上記範囲を上回る値になる
と、トナーの帯電が不十分で、キャリアから離れやすく
なり、トナーの飛散による機内汚れが大きな問題にな
る。以上のような構成の下に、以下のような条件で多色像形
成を行った。また現像剤の処法は以下のとおりである。（現像剤処方）トナー組成物：ポリスチレン 45重量部ポリメチルメタクリレート 44 〃バリファースト 0.2 〃（荷電制御剤）着色剤 10.5 〃但し着色剤はイエロートナーがオーラミン、マゼンタト
ナーがローダミンＢ、シアントナーが銅フタロシアニ
ン、黒トナーがカーボンブラックとされる。上記組成物
を混合、練肉、分級して所望のトナーをうるようにして
いる。キャリア（樹脂被覆キャリア）組成物：コア：フェライトコーティング樹脂：スチレン・アクリル（4:6）磁化 27emu／ｇ粒径 30μｍ比重 5.2g／cm³ 比抵抗 10¹³Ωcm以上上記組成物を混合、練肉、分級後熱風処理して球形キャ
リアが得られる。次いで前記キャリアと各色のトナーとをそれぞれ所定の
割合で十分混合して目的の現像剤を得る。ここでは現像
剤（トナーとキャリア）に占めるトナーの重量比はいず
れも５〜10wt％に設定されている。以上の条件で多色の記録画像を形成したところ、画像の
にじみなどのない良好な画質のものが得られた。また連
続的に記録された後、機内を観察したところ、汚れは極
めてわずかであった。比較のため、電界形成手段35を取り外して同様に記録物
を形成したところ、画質や機内汚れに一見して判る大き
な差が認められた。次に第２表に記載した条件を考えながら実験をしたとこ
ろ、第３表の範囲で大きな効果があった。

【発明の効果】

以上説明したとおり、多色の像形成装置において、電界
形成手段を設けるようにしたので、トナーの浮遊を防止
し、従って、画像に、にじみが発生せず、装置内のトナ
ーによる汚染も生じないなどの優れた効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の内部構成を示す該略図で、第２図はレーザー光学系を示す平面図、第３図は多色像形成装置への画像データの流れを示すブ
ロック図、第４図は電界形成手段の拡大断面図、第５図は現像装置の断面図である。第６図は像形成体の表面電位の変化を示すフローチャー
ト、第７図は第１次現像トナーの第２次露光後の表面電位を
示す図、第８図は上記トナーの周囲の電気力線を示す図である。なお、図面に示した符号において、１……像形成体、２……像形成装置、 5,5A,5B,5C,5D……現像装置、 11……導電性基板、12……光導電層、 13……画像データ形成装置、 14……画像読取装置、15……画像記憶装置、 16……画像処理装置、17……画像表示装置、 21……コロナ帯電器、26……レーザー光学系、 31……定着器、35……電界形成手段、 36……クリーニング装置、 37……半導体レーザーダイオード、 38……回転多面鏡、39……ｆθレンズ、 53……スリーブ、Ｅ……表面電位、 PH……露光部、DA……非露光部、Ｌ……像露光光、Ｐ……転写紙、Ｔ……トナーである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能な像形成体の周囲に静電潜像形成
手段と複数の現像手段とを有する像形成装置において、
前記像形成体の回転方向に向かって前記静電潜像形成手
段の直後に電界形成手段を配設したことを特徴とする像
形成装置。
【請求項２】前記電界形成手段は回転可能な導電性のロ
ーラであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の像形成装置。
【請求項３】前記電界形成手段はクリーニング手段を具
備することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２
項記載の像形成装置。