JPH09197805A - 現像装置のドナーロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スカベンジレス現像において、電界と使用し
てマーキング粒子の搬送を助けるようになっているドナ
ーロールを提供する。 【解決手段】 ドナーロールは表面に記録された静電潜
像へマーキング粒子を搬送する。本発明のドナーロール
は電界と一緒に使用してマーキング粒子の搬送を助ける
ようになっている。ドナーロールは回転自在に取り付け
られた本体を有する。本体の一部分は導電性を有する。
ドナーロールは、さらに、本体の導電性部分に取り付け
られた誘電体層を有する。ドナーロールは、さらに、電
界が第１電極部材へ印加されたとき、電界の一部が誘電
体層へ移るように、誘電体層に隣接して、本体の導電性
部分から間隔をおいて本体に取り付けられた第１電極部
材を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真印刷のための
現像装置、より詳細には、スカベンジレス現像法の一部
としてのドナーロールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第５，５１７，２８７号は、マ
ーキング粒子を搬送する装置を開示している。その装置
はドナーロールと電極部材を有する。電極部材はドナー
ロールの表面に互いに間隔をおいて配置された複数の導
体を有する。電極部材はさらにドナーロールに固定して
取り付けられた接続部材を有する。接続部材は少なくと
も２つの導体を電気的に相互に接続している。

【０００３】米国特許第５，５１５，１４２号は、表面
に記録された静電潜像へマーキング粒子を搬送するドナ
ーロールを開示している。ドナーロールは縦軸のまわり
に回転可能な本体と電極部材を有する。電極部材は本体
上に取り付けられた複数の導体を有し、隣り合う導体は
互いに一定の間隔をおいて配置されており、少なくとも
その一部は本体の縦軸に直角な方向に伸びている。

【０００４】米国特許第５，３９４，２２５号は、表面
に埋め込まれた２組の互いに組み合った電極をもつドナ
ーロールを開示している。ブラシで整流されるスリップ
リングと一組の互いに組み合った電極との間に、光学式
スイッチング装置が配置されている。光学式スイッチン
グ装置は光導電性ストリップを有する。

【０００５】米国特許第５，２８９，２４０号は、ドナ
ーロールの外面に沿って２組の別個の電極をもつドナー
ロールを開示している。ドナーロールはロールの全長に
わたって軸方向に伸びた第１組の電極を有する。第１組
の電極は、電気的に相互に接続され、バイアス電源へ電
気的に相互に接続されたブラシのフィラメントと接触し
て整流される１〜６個の電極から成る複数のグループを
有する。ドナーロールはさらにロールの全長にわたって
軸方向に伸びた第２組の電極を有する。第２組の電極は
相互に接続され、ブラシと接触していなく、アースされ
ている。

【０００６】米国特許第５，２６８，２５９号は、一体
構造の電極パターンを有するトナードナーロールを製造
する方法を開示している。この方法は、円筒形絶縁部材
を感光性表面で被覆すること、感光性表面をパターン露
光して電極パターンを形成すること、および光にさらさ
れた部材の部分に導電性金属を蒸着して電極パターンを
形成することから成っている。

【０００７】米国特許第５，１７２，１７０号は、互い
に一定間隔をおいて配置された複数の導体を有するドナ
ーロールを開示している。ドナーロールの１つの溝に１
個の導体が置かれている。少なくともドナーロールの溝
の中に、ロールと導体の間にはさまれた状態で、誘電体
層が配置されている。誘電体層は溝の間の領域を覆って
いてもよい。誘電体層はアルマイトまたはポリマーから
作ることができ、吹付け、浸漬、または粉末吹付けによ
り塗布することができる。ロールはアルミニウムなどの
導電性材料から作られている。ロールの外面のまわり
に、隣り合う溝の間に、誘電体層が配置されている。塗
布装置によって導電性物質が溝に塗布され、導体が形成
されている。ドナーロール表面全体に電荷緩和層が塗布
されている。

【０００８】米国特許第４，８６８，６００号は、現像
ニップ内に配置されたセルフスペース式電極構造によっ
て供給されるＡＣ電界によって、ドナーからのトナーの
離脱と、制御されたパウダークラウドの同時発生を実現
しているスカベンジレス現像システムを開示している。
電極構造は、トナー付きドナーと受像体間の隙間の中
に、トナー付きドナーに近接して配置されている。セル
フスペース作用はドナー上のトナーによってもたらされ
る。

【０００９】米国特許第３，９９６，８９２号は、フェ
ノール樹脂で作られた絶縁性コアをもつドナーロールを
開示している。ドナーロールのコアは銅で被覆された
後、ホトレジストで被覆され、次に露光され、エッチン
グされて、コアの上に細長い電極が形成される。その
後、ロールと電極はカーボンブラックを含有する半導体
ゴムで被覆される。

【００１０】米国特許第３，９８０，５４１号は、流体
処理領域を形成するため相互に向かい合って間隔をおい
て配置した電極をもつ複合電極構造を開示している。抵
抗電極は電極間の短絡の影響を局所化する作用をする。
かなり非一様な電界を発生させるため非一様なシートと
フィラメント状電極が開示されている。

【００１１】米国特許第３，２５７，２２４号は、磁化
できる現像剤と磁性ローラーが入っているトラフを含む
現像装置を開示している。ローラーは現像剤を静電写真
部材へ搬送する。ローラーは多数の巻線をもつ板を有す
る。板と巻線はローラーの内部に配置されている。板と
巻線は現像剤を磁気的に吸引する電磁石として作用し、
現像剤を部材へ搬送することができる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面に記録さ
れた静電潜像へマーキング粒子を搬送するドナーロール
を提供する。ドナーロールは電界と一緒に使用してマー
キング粒子の搬送を助けるように構成されている。ドナ
ーロールは回転自在に取り付けられた本体を有する。本
体の一部は導電性を有する。ドナーロールは、さらに本
体の導電性部分の一部に取り付けられた誘電体層を有す
る。ドナーロールは、第１電極部材を有し、この第１電
極部材は、電界が印加されたとき電界の一部が誘電体層
へ移るように、本体に、誘電体層に隣接し且つ本体の導
電性部分から間隔をおいて取り付けられている。

【００１３】

【実施例】図２は、本発明の現像装置を組み入れた典型
的な静電写真式印刷機を示す。

【００１４】次に図３を参照して現像装置３８を詳細に
説明する。ハウジング４４は現像剤４５を格納する室を
形成している。現像剤４５はキャリヤ粒子７６と、摩擦
電気作用でキャリヤ粒子に付着したトナー粒子７８とか
ら成っている。ハウジング４４の室の中の搬送ロール４
６の全長に沿って現像剤４５を均等に分配するため、水
平オーガー８０，８２がハウジング４４の底に配置され
ている。

【００１５】搬送ロール４６は、静止多極磁石８４の外
面に近接して矢印８５の方向に回転するように設計され
た非磁性材料（アルミニウムが好ましい）のスリーブ８
６を有する。静止多極磁石８４の磁界が磁性キャリヤ粒
子７８（摩擦帯電作用でトナー粒子７８と付着して現像
剤を構成している）を搬送ロール４６に向けて引きつけ
るので、現像剤４５がスリーブ８６の外面へ付着する。
スリーブ８６が回転すると、キャリヤ粒子７６を含む現
像剤４５がスリーブ８６と一緒に回転する。これによ
り、スリーブ８６が、トナーの載置区域となるローディ
ング区域９０（搬送ロール４６とドナーロール４０間の
ニップ）まで回転するとき、ドクターブレード８８はス
リーブ８６に付着する現像剤の量を計量することができ
る。このスリーブ８６に付着した現像剤は通常は磁気ブ
ラシと呼ばれる。

【００１６】ドナーロール４０の外周面に、導体の形を
した電極４２が配置されている。電極４２は外周面の近
くに配置されていることが好ましく、任意の適当な処
理、例えばメッキ、はみ出し被覆、またはシルクスクリ
ーニングによって、塗布することができる。代わりに、
電極をロール４０の外周面に設けた溝（図示せず）の中
に配置してもよいことを理解されたい。導体４２は実質
上互いに一定間隔を置いて配置されており、ドナーロー
ル４０の本体（導電性であってもよい）から絶縁されて
いる。電極の半分（１つおきの電極）はまとめて電気的
に接続されている。これらの電極はまとめて共通電極１
１４と呼ばれる。残りの電極は活性電極１１２と呼ばれ
る。活性電極１１２は単一電極であってもよいし、ある
いは一緒に電気的に接続した小グループにしてもよい。
各グループは一般に１〜４個程度の電極から成り、ドナ
ーロールのすべてのグループは同数の電極を有する。

【００１７】以下に詳細に説明するように、搬送ロール
４６からドナーロール４０へトナー粒子７８を展開し、
次にトナー粒子が光導電性表面へ展開するのを助けるた
めに、電極４２は電気的にバイアスされている。

【００１８】電荷が長期に蓄積するのを防止するため、
ドナーロール４０の全体、または少なくともその層１１
１は十分な導電率をもつ材料であることが好ましい。な
お、この層１１１の導電率は、磁気ブラシがドナーロー
ルの電極部材および（または）ドナーロールのコア自体
へ短絡またはアークするのを防止するブロッキング層を
形成する程度に低い値でなければならない。さらに、以
下に検討するように、これらの電極が現像ニップ９８の
近くを通過するとき、活性電極１１２と共通電極１１４
の間にはＡＣ電位差が維持されている。さらに、層１１
１の導電率は、電極間の高過ぎる電流ドローを避ける程
度に低い値を選定しなければならない。

【００１９】低導電率層１１１の中にドナーロールの電
極４２が埋め込まれている。前に述べたように、これら
の電極は共通電極１１４または活性電極１１２として分
類することができる。すべての共通電極１１４は一緒に
電気的に接続されている。活性電極１１２は電気的に接
続した１〜４個の電極から成る小グループにすることが
できる。

【００２０】次に、搬送ロール４６からドナーロール４
０へのトナーの展開について検討する。活性電極１１２
と共通電極１１４が領域９０内で同電位であるように、
領域９０では、活性電極１１２と共通電極１１４は整流
子１０１を使用して接続される。この領域９０では、電
極１１２と１１４は直流（ＤＣ）電圧源９２によってア
ースに対し特定の電圧に維持される。図３に示すよう
に、さらに、電極へ交流（ＡＣ）電圧源９３を接続する
ことができる。

【００２１】同様に、搬送ロール４６はＤＣ電圧源９４
によって特定の電圧に維持される。さらに搬送ロール４
６へＡＣ電圧源９５を接続することができる。一般に、
領域９０における関心事は、電極４２とドナーロール間
の正味ＤＣ電位差と正味ＤＣおよびＡＣ電位差である。
これらの正味電位差は、もちろん電圧源９５，９４およ
び９３，９２のいろいろな組合せによって得ることがで
きる。

【００２２】ＤＣ電圧源９２，９４の電圧を制御するこ
とによって、磁気ブラシをまたいで（すなわち、ドナー
ロールの表面と回転スリーブ８６の表面間に）生じるＤ
Ｃ電界を制御することができる。これらの部材間の電界
が正しい極性と十分な大きさであると、磁気ブラシから
トナー粒子７８がドナーロール４０の上に展開して、ト
ナー粒子の層を形成するであろう。この展開はローディ
ング区域９０として表示した所で起きる。

【００２３】ＡＣ電圧源９３，９５の電圧、周波数、お
よび位相を制御することによって、磁気ブラシを横切っ
て（すなわち、ドナーロールの表面と磁気ロール４６の
回転スリーブ８６の表面間に）生じるＡＣ電界を制御す
ることができる。磁気ブラシをまたぐＡＣ電界の印加に
よってトナー層がドナーロール４０の表面へ展開する速
度が増すことは知られている。

【００２４】ドナーロール４０の表面と回転スリーブ８
６の表面の間のローディング区域で磁気ブラシをまたい
で印加したＡＣ電界の効果は、キャリヤ粒子への粘着結
合および摩擦帯電結合からトナー粒子を開放することで
あると考えられる。これにより、ＤＣ電界はトナー粒子
を磁気ブラシからドナーロールへより容易に移動させる
ことができる。

【００２５】上に述べたように、ローディング区域９０
では、共通電極１１４が接続された同じＤＣ電圧源とＡ
Ｃ電圧源へ活性電極１１２を接続することが好ましい。
この場合、ローディング区域における接続はＤＣ電圧源
９２とＡＣ電圧源９３に対して行われる。これによりド
ナーロールへのローディング効率が向上することが実証
された。ＡＣ電圧は磁気ブラシを用いてドナーロール４
０に再ロードするトナー再ロードプロセスに対しても有
益なことがある。このＡＣ電圧は、もし所望でならば、
省いてもよい。

【００２６】ドナーロール４０の表面とスリーブ８６と
の間で磁気ブラシをまたいで印加した約２００Ｖ（ｒｍ
ｓ）の値は、ローディング／再ローディング／展開効率
を最大にするのに十分であることが判った。すなわち、
ドナーロール表面へのトナー粒子の配達率が最大にな
る。実際の値は経験的に加減することができる。理論
上、上記値は磁気ブラシ内でアークが発生する点まで任
意の値にすることができる。典型的な現像剤、ドナーロ
ールと搬送ロールの間隔、および現像剤充填率の場合、
この最大値は４００Ｖ（ｒｍｓ）程度である。電源は約
２ｋＨｚの周波数にすべきである。もし周波数が低過ぎ
れば、例えば２００Ｈｚ未満であれば、コピーに筋が現
れるであろう。もし周波数が高過ぎれば、例えば１５ｋ
Ｈｚ以上であれば、システムはたぶん働くであろうが、
そのエレクトロニクスは容量負荷損失のせいで高価なも
のになるかもしれない。

【００２７】要約すると、ドナーロール４０、共通電極
１１４、および磁気ロール４６のスリーブ８６の間の相
対電圧は、磁気ブラシからドナーロール４０の表面へト
ナーを効率的にローディングするように選定される。さ
らに、磁気ロール４６への現像剤の再ローディングが促
進される。

【００２８】ドナーロール４０は矢印９１の方向に回転
する。現像区域９８において、ＡＣ電圧源９６とＤＣ電
圧源９７がそれぞれＡＣ電圧が重畳されたＤＣ電圧へ活
性電極１１２を電気的にバイアスする。

【００２９】図３に示すように、本発明の一特徴に従っ
て、現像区域９８において整流子１００が活性電極１１
２と接触し、電極電圧源９６，９７へ接続される。この
ように、ドナーロール４０が矢印９１の方向に回転する
と、導体４２は現像ニップ９８に進入する。活性電極１
１２は、現像ニップ９８内で、整流子１００によって充
電され、かつ電極電圧源９６，９７によって電気的にバ
イアスされる。共通電極１１４は、前に述べたように、
電圧源９２，９３から与えられる別の電位に維持され
る。このやり方で、活性電極１１２と共通電極１１４の
間に加えられたＡＣ電圧差は、ドナーロールからトナー
を離脱させ、トナーパウダークラウドを形成させる。

【００３０】セグメント型ドナーロールの構造と幾何学
的形状は、米国特許第５，１７２，２５９号、米国特許
第５，２８９，２４０号、米国特許第５，４１３，８０
７号に詳細に記載されている。

【００３１】ドナーロール４０の外面のまわりに約０．
０００６インチの間隔をおいて、約０．００４インチ幅
の、互いに組み合った活性電極１１２と共通電極１１４
を有する直径約２．５ｃｍのドナーロール４０の場合、
活性電極と共通電極間の必要な電位差は例えば３ｋＨｚ
正弦波形で約１３００Ｖ（peak) である。

【００３２】図１に、本発明の整流子１００の一実施例
を示す。ドナー部材４０はベルトなど、適当な任意の形
状にすることができるが、ロールの形状が好ましい。ド
ナーロール４０は導電性部分を含む本体１０２を有す
る。

【００３３】ここで図４を参照して、ドナーロール４０
をより詳細に説明する。ドナーロール４０は適当な任意
の丈夫な材料から作られた本体１０２を有し、本体の少
なくとも一部は導電性である。例えば、図４に示した本
体１０２は適当な任意の丈夫な材料（導電性または絶縁
性であってもよい）で作られたコア１０６を有する。コ
ア１０６は、例えばセラミック材料または有機材料（例
えばポリプロピレン）で作ることができる。コア１０６
に、少なくともコア１０６の一部に導電性層１０８を張
りつけることが好ましい。

【００３４】導電性層１０８には誘電体層１１０が張り
つけられている。誘電体層１１０は電極４２から導電性
層１０８を分離する。便宜上、層１１０を「誘電体層」
と呼んでいるが、この層は理想的な絶縁特性を持たなけ
ればならないことはない。まず第１に、もし導電性層１
０８と電極４２間の「誘電体層」の抵抗インピーダンス
が導電性層１０８と電極４２間の「誘電体層」の容量リ
アクタンスよりかなり大きければ、層は多少の導電性を
有することがある。そのほかに、一般には層１１０の絶
縁耐力は後で検討する導電性層１０８と電極４２間の最
大電圧降下に耐える程度の大きさであることが必要であ
る。誘電体層１１０は適当な絶縁特性を有する適当な任
意の丈夫な材料でつくることができる。例えば、誘電体
層１１０は Teflon （DuPont Ltd. の製品) 、または K
apton ( DuPont Ltd. の製品) 、または導電性物質と非
導電性物質を含むセラミック材料で作ることもできる。
誘電体層１１０は活性電極と共通電極間の距離に相当す
る厚さをもつことが好ましく、一般には０．０２５ｍｍ
〜０．１ｍｍが好ましい。誘電体層１１０は活性電極１
１２と導電性層１０８の間に、一組の隣り合う活性電極
と共通電極対間の電極間キャパシタンスに相当するキャ
パシタンスを発生することが好ましい。一般に、このキ
ャパシタンスは１０〜１００ｐＦであり、２０ｐＦが好
ましい。電極４２は誘電体層１１０の上に配置されてい
る。電極４２はドナーロール４０のまわりに軸方向に等
間隔で配置されていることが好ましい。電極は、２組の
電極（すなわち共通電極１１４と、それらと互い組み合
った活性電極１１２）を有することが好ましい。活性電
極１１２はドナーロール４０の第１端１２０上の共通電
極１１４から外側に伸びて、第１整流領域１２２を形成
している。共通電極１１４はドナーロール４０の第２端
１２４上の活性電極１１２から外側に伸びて、第２整流
領域１２６を形成している。第１整流区域１２２または
第２整流区域１２６のどちらにも電荷緩和層１１１が張
りつけられていないことが好ましい。しかし、第１整流
区域１２２と第２整流区域１２６の間のドナーロール４
０には電荷緩和層１１１が張りつけられている。

【００３５】再び図１を参照して説明すると、第１整流
子１３２は（導電性ブラシ、例えば引抜き繊維で作られ
た炭素含浸プラスチックブラシの形をしていることが好
ましい）、ドナーロール４０の第１整流領域１２２と接
触している。ブラシ１３２はＡＣ電源１３４の２次巻線
の一の側に電気的に接続されている。

【００３６】ドナーロール４０の第２整流領域１２６の
上に、任意の丈夫な導電性材料（例えば黄銅）で作られ
たスリップリング１３６がはめ込まれている。ブラシ１
３２に類似した好ましいブラシの形をした第２整流子１
４０はスリップリング１３６と接触している。ブラシ１
４０はＡＣ電源１３４の２次巻線の他の側に電気的に接
続されている。ＤＣバイアス電源１４２はＡＣ電源１３
４の２次巻線の中央タップに接続されている。

【００３７】好ましいブラシ（例えばブラシ１３２）の
形をした第３整流子１４４は、軸１０４上に配置された
スリップリング１４６と接触している。スリップリング
１４６はスリップリング１３６に類似している。軸１０
４はドナーロール４０の導電性層１０８へ電気的に接続
されている（図４参照）。ブラシ１４４は、図１に示す
ように、ブラシ１３２とＡＣ電源１３４へ電気的に接続
されている。ＡＣ電源１３４は同じ電気信号をブラシ１
４４およびブラシ１３２へ供給する。

【００３８】図５は、整流子１００の略図である。ＤＣ
バイアス電源１４２はスリップリング１３６とブラシ１
４０によって共通電極１１４へ電気的に接続されてい
る。

【００３９】図５はブラシ１４０とスリップリング１３
６によって共通電極１１４へ直接接続されたＤＣ電源を
示しているが、共通電極１１４とアースされた光導電性
支持対の間に多少のＡＣ電位差を与えるために、電源１
３４の出力変圧器のタップを通じてＤＣバイアスを導入
することができるであろう。このＡＣ電位差はトナーク
ラウドが光導電性表面１２の近くに空中浮遊するのを促
進するので、例えば細かい区域の現像を改善することが
できる。ここで明確にするため、出力変圧器の中央タッ
プへの接続は記載したすべての検討および例において使
用できることを了解した上で、ブラシ１４０へのＤＣの
直接接続について検討する。

【００４０】活性電極１１２はブラシ１３２によってＡ
Ｃ電源１３４とＤＣ電源１４２へ電気的に接続されてい
る。導電性層１０８はスリップリング１４６とブラシ１
４４によってＡＣ電源１３４とＤＣバイアス電源１４２
へ電気的に接続されている。誘電体層１１０は活性電極
１１２および共通電極１１４から導電性層１０８を隔離
する。活性電極１１２はこれらの電極と導電性層１０８
の間に有効キャパシタンスＣ_C を有する。さらに、活性
電極１１２と２つの隣り合う共通電極１１４の間に全電
極間キャパシタンスＣ_L が存在する。以下に検討するよ
うに、活性電極１１２と導電性層１０８の間に形成され
たキャパシタンスＣ_C の存在と、提案したバイアス方式
は、ブラシ１３２が電極へ実際に接触する前に、整流ブ
ラシ１３２と活性電極１１２間の電圧降下を減らすのを
助けるであろう。このやり方で、さもなければ整流子接
触の際に起きるであろう高い電気的ストレスを最小にす
ることができる。これは、転じて、整流子システムの寿
命を延ばし、そして長期間の磨耗および故障率を最小に
するのを助けることができる。

【００４１】本発明は種々の値のキャパシタンスＣ_L で
実施することができるが、キャパシタンスＣ_L は１０〜
５０μＦが好ましく、２０μＦがより好ましい。任意の
与えられたトナー付着入力状態に対してもシステムを最
適にするため、キャパシタンスＣ_C を容易に増減するこ
とができる。キャパシタンスＣ_C はＣ_L として選定した
値に関連して選定すべきである。実際には、これは、一
般に、誘電体層１１０の厚さが活性電極と共通電極間の
距離と似通っていることを意味するであろう。本発明は
種々の値のキャパシタンスＣ_C で実施することができる
が、キャパシタンスＣ_C はＣ_L ／２〜５Ｃ_L μＦが好ま
しく、Ｃ_L μＦがより好ましい。例えば、整流ブラシシ
ステムに加わるストレスを最小にするため、接触前のブ
ラシ１３２と活性電極１１２間の電圧降下を最小にする
ことが望ましい。これを達成するため、より高いＣ_C を
使用することができよう。

【００４２】整流中の電圧降下を最小にするため活性電
極上のＡＣ電圧を整流子ブラシ上の電圧に近づけるに
は、より高いＣ_C が望ましいが、整流領域前の活性電極
１１２上の高過ぎるＡＣ電圧は望ましくない。活性電極
と共通電極間のＡＣ電圧差の目的は、ドナーロール上の
トナーを解放してトナークラウドを発生させることであ
る。一般に、現像領域９８のかなり前またははるか過ぎ
た所でトナークラウドの発生が始まることは望ましくな
い。トナークラウドは、現像ニップ９８内で、図３に矢
印９１で示した方向に幅が約６ｍｍ未満の小領域の中で
発生することが好ましい。しかし、より高いＣ_C は現像
ニップ９８前の活性電極と共通電極間のＡＣ電位差を大
きくするであろう。大き過ぎるＡＣ電位差は、現像区域
９８内の望ましい励起前にトナーを励起することがある
ので望ましくない。もし整流領域前の活性電極と共通電
極間のＡＣ電位差が確実に約１０００Ｖより低くなるよ
うにＣ_C の値を選定すれば、現像区域９８の前および過
ぎた所で望ましくないトナーの励起が防止されること
は、一般に、本当であろう。これはドナーロール表面へ
のトナーの付着に影響を及ぼすトナーおよび他の材料の
パラメータによって決まるであろう。

【００４３】従って、Ｃ_C に関する厳格な最適化条件は
具体的なトナーの設計によって決まることが判る。ロー
ルの一の側の整流される電極の長さと幅を広げてより広
い面積にすることにより、誘電体層１１０としてより薄
い高誘電率の被覆を選定することにより、またはロール
の端部に被覆が置かれる端で電極をより幅広くすること
により、より高いＣ_C の値を容易に得ることができる。
そのとき、Ｃ_C に関係する適当なパラメータを選定する
ことにより、異なる形式のトナー設計に対し、システム
を最適にすることができる。前に説明したシステムにお
いてトナークラウドを発生させるためのＡＣ励起は、正
弦波形である必要はないことに留意されたい。その他の
交流波形（例えば方形波、台形波、その他の類似の波
形）はさらに低いピーク電圧を許容できるので、ここに
記載した本発明において使用することができる。

【００４４】図６は、ブラシ１３２と接触しない活性電
極１１２に関して作用する電気回路を示す図である。Ａ
Ｃ電源１３４は誘電体層１１０のキャパシタンスＣ
_C と、電極１１２の電極間キャパシタンスＣ_L を介して
アースに接続されている。誘電体層１１０をまたぐ電圧
Ｖ₁ と活性電極１１２をまたぐ電圧Ｖ₂ の和は、ＡＣ電
源１３４の電圧に等しい。一般に、ＡＣ電源１３４は、
例えば約３ｋＨｚの周波数で約１．３ｋＶの電圧を提供
する。その電圧は正弦波形であってもよい。ハイブリッ
ド・スカベンジレス現像を使用する場合、現像ニップ内
にパウダークラウドを生成するには、約１ｋＶの電圧が
必要である。もしキャパシタンスＣ_C とキャパシタンス
Ｃ_L が等しければ、誘電体層１１０をまたぐ電圧Ｖ₁ と
活性電極１１２をまたぐ電圧Ｖ₂ は等しく、それらの電
圧がＡＣ電源１３４の全電圧に加わる。約１３００Ｖの
ＡＣ電源１３４の電圧の場合、Ｖ₁ は６５０Ｖで、Ｖ₂
は同様に６５０Ｖであろう。従って、整流されない電極
１１４の電圧Ｖ₂ は約６５０Ｖであり、これはパウダー
クラウドを活性化するのに必要な１０００Ｖより低い。
「スイッチ」（このケースでは、活性電極と接触する前
の整流子ブラシ１３２）をまたぐ最大電圧降下は、Ｃ_C
をまたぐ電圧降下と同じであり、この例では６５０Ｖで
ある。もし導電性層１０８を除去したならば、実際上、
キャパシタンスＣ _C はほぼ零になり、そして「スイッ
チ」をまたぐ最大電圧降下はほぼ最大限の１３００Ｖに
なるであろう。従って、キャパシタンスＣ_C を追加した
ことにより、「スイッチ」をまたぐ電圧降下が減少し
た。

【００４５】次の図７は、活性電極１１２の回路図であ
る。活性電極１１２と接触するブラシ１３２の効果は、
誘電体層１１０をシャントして、ほぼ零に等しい誘電体
層１１０をまたぐ最大電圧Ｖ₃ と、ＡＣバイアス電源電
圧とほぼ等しい活性電圧１１２をまたぐ電圧Ｖ₄ を生成
することである。

【００４６】約１３００ＶのＡＣ電源電圧の場合、ブラ
シ１３２と接触している活性電極１１２をまたぐ電圧は
同様に１３００Ｖであろう。これはパウダークラウドを
形成するのに必要な１０００Ｖを越えている。従って、
ブラシ１３２と接触している活性電極１１２は約１３０
０Ｖの電圧を有するのに対し、ブラシ１３２と接触して
いない整流された電極１１４は約６５０Ｖの電圧を有す
る。前に説明したように、これらの相対電圧は、誘電体
層１１０の面積、厚さ、および材質を変えることにより
変更することができる。ブラシと接触していない電極の
電圧は１０００Ｖより少し小さく、そしてブラシと接触
している電極の電圧は１０００Ｖより少し大きくするこ
とができる。この結果、整流中のスイッチをまたぐ電圧
変化は極めて小さくなり、電極接点およびブラシ整流子
材料に対する磨耗および損傷は減少するであろう。

【００４７】図８の整流子２００の中に、本発明の容量
支援整流システムの代替実施例を示す。整流子２００
は、ブラシ型第１整流子１３２が活性電極２１２に電気
的に接続された光導電性リング２６０で置き換えられて
いることを除いて、図１の整流子１００と似ている。図
９は、光導電性リング２６０の電気的表現である。光導
電性リング２６０はスリップリング２６２へ電気的に接
続されている。ブラシ２６４はスリップリング２６２と
接触している。ブラシ２６４は図１のブラシ１３２と似
ている。ブラシ２６４はＡＣ電源２３４に電気的に接続
されている。活性電極２１２は図１の活性電極１１２と
似ている。図８のスリップリング２６２は図１のスリッ
プリング１３６，１４４と似ている。ブラシ２６４はＡ
Ｃ電源２３４からスリップリング２６２へＡＣ信号を運
ぶ。光源２７０は現像ニップ９８（図３参照）に近い光
導電性リングを照明する。現像ニップの領域内の光導電
性リング２６０が光にさらされると、現像ニップに隣接
した光導電性リング２６０の部分は導電性になるのに対
し、光導電性リングの残りの部分は非導電性である。光
導電性リングは、図９に示すように、スリップリング２
６０と活性電極２１２の間に多少のキャパシタンスＣ_PC
を有する。露光中の導電性への転換は、光導電体が光で
活性化されると、その抵抗インピーダンスがＣ_PCの容量
リアクタンスに比べて小さくなることを意味すると受け
取るべきである。

【００４８】光導電性リングの露光部分と現像ニップに
隣接した活性電極２１２はスリップリング２６２を通じ
てＡＣ電源２３４から電力を受け取る。現像ニップから
離れた領域内の活性電極２１２の非整流部分は意味のあ
る光を受け取らないが、現像区域の前に電極に印加され
たＡＣがキャパシタンスＣ_PCを通じて活性電極へ部分的
に結合される。このキャパシタンスＣ_PCは次に検討する
付加キャパシタンスＣ _CCと並列である。接触ブラシ整流
子「スイッチ」に関する前の検討と同様に、活性電極お
よび共通電極をまたぐ許容できない大きな電圧降下を引
き起こし、現像区域（光が遮られる）の前に望んでいな
いトナーの励起を引き起こすことなく、光導電性層「ス
イッチ」をまたぐ電圧降下が最小になるように、Ｃ_PCと
Ｃ_CCの和を選定することができる。整流子２００は図１
の第２整流子１３８と似ている第２整流子２３８と、図
１の整流子１４４と似ている第３整流子２４４を有す
る。光導電性リング２６０と光源２７０の使用は、米国
特許第５，３９４，２２５号により詳細に説明されてい
る。

【００４９】整流子２００は、図１のロール４０と似た
好ましいドナーロール２４０の形をしたドナー部材を有
する。ドナーロール２４０は導電性層（図示せず）をも
つ本体を有する。図４の層１１０と同様に、導電性層の
少なくとも一部に誘電体層（図示せず）が張りつけられ
ている。誘電体層は導電性層から隣接電極４２を隔離す
る。誘電体層と導電性層の目的は、ブラシ整流システム
について前に検討したものと同じであり、「スイッチ」
をまたぐ電圧降下を減少させるために使用される。この
実施例の場合、「スイッチ」は光にさらされる光導電性
層である。従って、誘電体層の厚さとそのキャパシタン
スはブラシ整流システムについて前に検討した同じ一般
的規則に従うであろう。

【００５０】図１０は、活性電極２１２が露光によって
整流されない領域内の活性電極２１２に関するＡＣ電源
２３４の回路図である。Ｃ_CCは誘電体層のキャパシタン
スである。Ｃ_PCはスリップリング２６２と活性電極２１
２間の光導電性層のキャパシタンスである（図９参
照）。Ｃ_LLは活性電極２１２と共通電極２１４間の電極
間キャパシタンスである。キャパシタンスＣ_CCははキャ
パシタンスＣ_PCと並列である。ここでは便宜上、これら
２つのキャパシタンスの和をキャパシタンスＣ_D と呼ぶ
ことにする。光導電性材料層は、暗い所で、Ｃ_C の容量
リアクタンスに比べて抵抗インピーダンスＲ_PCが大きい
なるように選定される（図１１参照）。例えば、もしキ
ャパシタンスＣ_LLがキャパシタンスＣ_D にほぼ等しけれ
ば、誘電体層と光導電性体２６０をまたぐ電圧Ｖ₅ は活
性電極２１２をまたぐ電圧Ｖ₆ に等しい。従って、「光
導電体スイッチ」をまたぐＡＣ電圧Ｖ₆ はＡＣ電源２３
４の電圧のほぼ１／２に等しい。一般に、もし本発明に
開示したようにキャパシタンスＣ_D を使用しなければ、
Ｃ_LLに比べてキャパシタンスＣ_D が小さいことがあるの
で、現像区域内の光活性化の前にかなり大きな最大電圧
降下が光導電性層２６０をまたいで現れるであろう。従
って、キャパシタンスＣ_D は「光導電体スイッチ」をま
たぐ最大電圧降下を減少させる共に、光導電体にかかる
ストレスを減少させる。

【００５１】図１２は、現像区域内で光導電体が光で活
性化されている時の現像ニップ内の活性電極２１２に関
するＡＣ電源２３４の回路図である。光導電体は、明る
い所で、Ｃ_D の容量リアクタンスに比べてその抵抗イン
ピーダンスＲ_PCがかなり小さくなるように選定される。
現像区域内の光導電体スイッチの光活性化により、組合
せキャパシタンス（Ｃ_PC＋Ｃ_CC）をまたぐ電圧Ｖ₇ がほ
ぼ零になるので、電極間電圧Ｖ₈ はＡＣ電源２３４の電
圧にほぼ等しくなる。前の検討と同様に、ピーク電圧お
よび光導電体をまたぐ電圧降下をさらに減少させるた
め、電源２３４は方形波形または別の波形を使用するこ
とができる。前の検討と同様に、トナー励起のしきい値
に影響を及ぼすことがあるトナー付着力などの要因に従
って、異なるシステムに対し、キャパシタンスＣ_D を最
適にすることができる。「光導電体スイッチ」をまたぐ
最大電圧降下を最小にし、光導電体にかかる電気的スト
レスを最小にするために、キャパシタンスＣ_D はできる
限り高く選定されるであろう。またキャパシタンスＣ_D
は、現像ニップ内の露光の前にＡＣ電極間電位を励起レ
ベル以下にする程度の低さに選定されるであろう。前に
検討したように、誘電体層の厚さ、誘電率、その他の手
法を使用して、あらゆるシステムに対し、キャパシタン
スＣ_D を容易に最適にすることができる。

【００５２】次に図１３および図１４に、本発明の容量
型整流子の第２の代替実施例を示す。整流子３００はフ
ランジ部分３７２が取り付けられた円筒形部分３７０を
含むドナーロール３４０を有する。活性電極３１２は円
筒形部分３７０上に配置され、より大きな表面積の箔電
極要素３７４、例えば図１４に示すように、フランジ部
分３７２の中に配置されたパイ形セクターへ電気的に接
続されている。絶縁ハブ３７６から外側へ、金属円板３
７８が伸びている。金属円板３７８の表面に、誘電体層
３８０が張りつけられている。誘電体層３８０は適当な
任意の誘電体、例えばデュポン社（英国）の製品 Kapto
n ( 登録商標) で作られている。誘電体層３８０の上
に、箔電極要素３７４が置かれている。箔電極要素３７
４は適当な任意の導電性材料、例えばアルミ箔または金
箔で作ることができる。金属円板３７８、誘電体層３８
０、および金属箔セクター３７４の組合せは、個々の活
性電極のための固定キャパシタＣ_K を形成している。箔
電極要素３７４の他の側に、第２誘電体層３８２が配置
されている。第２誘電体層３８２は適当な誘電特性をも
つ適当な任意の材料、例えばデュポン社（英国）の製品
Teflon ( 登録商標)で作ることができる。現像区域
（そこで整流が行われる）では、ドナーロール３４０の
フランジ部分３７２は、導電性材料で作られた固定子板
３８４で取り囲まれている。固定子板３８４はＡＣ電源
３３４へ電気的に接続されている。ＡＣ電源３３４へ電
気的に接続されたブラシ３８６は、ブラシ３８５を介し
て金属円板３７８と擦り接触している。

【００５３】次に図１４に、固定子板３８４と箔電極要
素３７４をより詳細に示す。固定子板３８４と箔電極要
素３７４は扇形、すなわち円の一部分の形をしている。
約３０４個の電極を有するドナーロール３４０の場合、
１５２個の電極は活性電極３１２であり、残りの１５２
個の電極は共通電極３１４である。１個またはそれ以上
の隣り合った活性電極を共通の箔電極要素３７４へ一緒
に接続してもよい。ここでは、２個の隣り合った活性電
極が同じ箔電極と対になっている仮定する。７６個の活
性箔電極対３７４の半分はフランジ部分３７２の一の側
に取り付けられており、他の半分はフランジ部分３７２
の他の側に取り付けられており、隣り合った箔電極対は
フランジ部分３７２の反対側にある。いずれにしても、
箔電極はフランジ部分３７２の円周のまわりに等間隔に
配置されている。

【００５４】現像ニップの近くでフランジ３７２の角位
置に対しＡＣ電圧プロフィールを制御して発生させるた
め、もし所望ならば、フランジ３７２の反対側にある箔
電極を重複させることもできるし、ずらすこともでき
る。ＡＣ電圧プロフィールを制御して発生させること
は、現像区域の近くおよび現像区域内で安定したトナー
エアゾールクラウドを生成するのにおそらく役立つであ
ろう。

【００５５】整流は、小さい板状の箔電極要素３７４を
順次動かして静止固定子板３８４を通過させることによ
って行われる。これは、固定子板３８４、誘電体層３８
２、箔電極３７４の他の表面から成るキャパシタＣ_T を
形成する。キャパシタＣ_T は可変キャパシタであり、固
定子板が個々の箔電極板と完全にぴったり合った整流領
域において最大のキャパシタンスを有する。固定子板か
ら遠い個々の箔電極板の場合、Ｃ_T は事実上零である。
いずれにしても、キャパシタＣ_T はキャパシタＣ_K と並
列である。並列のＣ_T ，Ｃ_K のキャパシタンスは個々の
キャパシタンスの和であり、以下Ｃ_G と呼ぶことにす
る。Ｃ_G は個々の活性電極３１２および隣り合う共通電
極３１４のキャパシタンスと直列である。

【００５６】図１５および図１６に、システムの等価回
路を示す。Ｃ_T が事実上零である現像区域の外側では、
ＡＣ電源電圧はＣ_K とＣ_E をまたいで分割されるであろ
う。図１５において、例えば、Ｃ_E が２０ｐＦ、Ｃ_K が
３５ｐＦと仮定すると、活性電極と隣り合う共通電極間
の電圧Ｖ₁₀は、電源３３４のピーク出力が１３００Ｖの
時、８２７Ｖになるであろう。前に検討したように、ト
ナーを活性化してパウダークラウドを発生させるには、
一般に、１０００Ｖ（peak) の電圧が必要である。従っ
て、現像区域の外側では、トナーは活性化されないであ
ろう。

【００５７】固定子板が箔電極と完全にぴったり合った
整流位置では、Ｃ_T は最大値であり、Ｃ_G もまた最大値
であり、そして電源３３４からのＡＣ電圧はＣ_G とＣ_E
をまたいで分割されるであろう。例えば、もし完全にぴ
ったり合った位置でＣ_T の値が３５ｐＦで、Ｃ_K ，Ｃ_E
の値、および電源電圧が上記の通りであれば、活性電極
と隣り合う共通電極間の電圧Ｖ_g は１０１１Ｖになる。
これはパウダークラウドを生成するのに十分の値であ
る。

【００５８】Ｃ_T およびＣ_K の値は、誘電体、その厚
さ、およびキャパシタの板面積の選定によって操作でき
ることは明らかであろう。Ｃ_T とＣ_K に異なる値を選定
することによって、より低い活性化前の電圧Ｖ₁₀と、よ
り高い現像区域内の電圧Ｖ_g を得ることができる。

【００５９】キャパシタンスＣ_T 、Ｃ_K 、およびＣ_E を
正しく選定することにより、電圧Ｖ _g がパウダークラウ
ド形成に必要な１０００Ｖより高くなり、そして現像区
域の外側では、電圧Ｖ₁₀がパウダークラウド形成に必要
な電圧より少し低くなるように、電圧Ｖ_g とＶ₁₀を選定
することができる。

【００６０】前に図５において検討した活性電極とドナ
ーロールの導電性層１０８間の容量Ｃ_C は、Ｃ_K に置き
換えることもできるし、あるいはＣ_K を増大させるため
使用することもできる。

【００６１】整流領域におけるアーク発生をさらに減ら
すため、零電圧交差またはその近くで、本発明を抵抗ロ
ーラー接触クロージャー、分布抵抗ブラシ接触、あるい
は同期接触クロージャーと組み合わせて使用できること
を理解されたい。

【００６２】ドナーロールの第１導電性部分とドナーロ
ールの電極の間に誘電体を配置し、ドナーロールの導電
性部分に電気バイアスを与えることによって、すべての
電極にバイアスレベルを印加することができる。すべて
の電極に印加されたバイアスレベルは、現像区域内にト
ナークラウドを発生させるため整流子によって切り換え
なければならないＡＣバイアス電圧の大きさを減少させ
るので、整流中にアークが発生する傾向が低くなる。

【００６３】隣り合う活性電極の間に誘電体を配置する
ことによって、現像ニップに近い電極に加える電圧を現
像ニップから遠い電極に加える電圧よりも高くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の容量結合セグメント型ドナーロールの
正面図である。

【図２】図１の容量結合セグメント型ドナーロールを有
する印刷機の正面図である。

【図３】図１の容量結合セグメント型ドナーロールを組
み入れた現像装置の正面図である。

【図４】図１の容量結合セグメント型ドナーロールの部
分斜視図である。

【図５】図１の容量結合セグメント型ドナーロールの電
気回路図である。

【図６】図１の容量結合セグメント型ドナーロールの現
像ニップの外側の活性電極の電気回路図である。

【図７】図１の容量結合セグメント型ドナーロールの現
像ニップ内の活性電極の電気回路図である。

【図８】さらに光導電結合を使用した本発明の容量結合
セグメント型ドナーロールの代替実施例の正面図であ
る。

【図９】図８の光導電結合の電気的表現である。

【図１０】図８の容量結合型セグメント・ドナーロール
の現像ニップの外側の活性電極の電気回路図である。

【図１１】図１０の電気回路図の光導電結合の電気的表
現である。

【図１２】図８の容量結合セグメント型ドナーロールの
現像ニップ内の活性電極の電気回路図である。

【図１３】さらにフランジ結合を使用した本発明の容量
結合セグメント型ドナーロールの代替実施例の部分正面
図である。

【図１４】図１３の容量結合セグメント型ドナーロール
の端面図である。

【図１５】図１３の容量結合セグメント型ドナーロール
の現像ニップの外側の活性電極の電気回路図である。

【図１６】図１３の容量結合セグメント型ドナーロール
の現像ニップ内の活性電極の電気回路図である。

【符号の説明】

１０ 感光体ベルト １２ 光導電性表面 ３８ 現像装置 ４０ ドナーロール ４２ 電極 ４４ ハウジング ４５ 現像剤 ４６ 搬送ロール ７６ キャリヤ粒子 ７８ トナー粒子 ８０，８２ 水平オーガー ８４ 静止多極磁石 ８５ スリーブの回転方向 ８６ 回転スリーブ ８８ ドクターブレード ９０ ローディング区域 ９１ ドナーロールの回転方向 ９２ ＤＣ電圧源 ９３ ＡＣ電圧源 ９４ ＤＣ電圧源 ９５ ＡＣ電圧源 ９６ ＡＣ電圧源 ９７ ＤＣ電圧源 ９８ 現像区域（ニップ） １００，１０１ 整流子 １０２ ロール本体 １０４ 軸 １０６ ロールコア １０８ 導電性層 １１０ 誘電体層 １１１ 低導電性（電荷緩和）層 １１２ 活性電極 １１４ 共通電極 １２０ ドナーロールの第１端 １２２ 第１整流領域 １２４ ドナーロールの第２端 １２６ 第２整流領域 １３２ 第１整流子（ブラシ） １３４ ＡＣ電源 １３６ スリップリング １４０ 第２整流子（ブラシ） １４２ ＤＣバイアス電源 １４４ 第３整流子 １４６ スリップリング ２００ 整流子 ２１２ 活性電極 ２１４ 共通電極 ２３４ ＡＣ電源 ２３８ 第２整流子 ２４０ ドナーロール ２４４ 第３整流子 ２６０ 光導電性リング ２６２ スリップリング ２６４ ブラシ ２７０ 光源 ３００ 容量型整流子 ３１２ 活性電極 ３１４ 共通電極 ３３４ ＡＣ電源 ３４０ ドナーロール ３７０ 円筒形部分 ３７２ フランジ部分 ３７４ 箔電極要素 ３７６ 絶縁ハブ ３７８ 金属円板 ３８０ 誘電体層 ３８２ 第２誘電体層 ３８４ 固定子板 ３８５ ブラシ ３８６ ブラシ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェラルド エム フレッチャー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14534 ピッツフォード キャリエイジ コート 19

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電界と一緒に使用してマーキング粒子の
   搬送を助けるようになっている、表面に記録された静電
   潜像へマーキング粒子を搬送するドナーロールであっ
   て、 回転自在に取り付けられ、その一部が導電性を有する本
   体と、 前記本体の導電性部分に取り付けられた誘電体層と、 前記本体に、前記誘電体層に隣接し且つ該本体の導電性
   部分から間隔をおいて取り付けられた第１電極部材であ
   って、該第１電極部材へ電界が印加されたときその電界
   の一部が前記誘電体層へ移るように、取付けられた第１
   電極部材とから成ることを特徴とするドナーロール。