JPS63231375A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） この発明は、例えば電子写真装置に用いられ、誘電体又
は受光容体（ホトリセプタ）等の潜像保持体に形成され
た静電潜像を現像する現像装置にを使用した非接触現像
タイプの現像方法が知られている。例えば、米国特許番
号第３，２３２，１９０号公報には、電子写真感光体（
像担持体）に対して、表面に非磁性−成分現像剤（以下
トナーと称する）の薄層を担持したベルト（現像剤担持
体）を、相互に間隙を維持したｔま対向させている現像
装置が開示されている０この従来の現像装置において、
ベルトに担持されているトナーは、静電気力によシ、電
子写真感光体の表面に形成された静電潜像へ向かって飛
翔し、静電潜像に付着してこれを現像している〇 （発明が解決しようとする問題点） しかし、トナーは厳密には、その粒子径が均一でなく、
粒子径が大きい粒子と、粒子径が小さい粒子とが混在し
ている０このため、トナ４−に帯電することができない
ばかシか、所定の粒子径以下の粒子は現像に必要な極性
とは逆の極性に帯電することがある。トナーの帯電が不
十分でらつたシ、逆極性のトナーが混在すると、現像後
の画像濃度が不十分であったシ、がぶ）を生じたシする
ために、鮮明な画像が得られないという問題点がある。

この発明は、斯る事情に鑑みなされたもので、鮮明な画
像をえることができる現像装置の提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） この発明に係る現像装置は、静電潜像が形成された像支
持体と間隙をあけて対向して設けられ、現像剤を担持す
る現像剤担持体と、前記間隙の寸法を調節する調節手段
と、現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供給手段と
、前記間隙に、周波数が調節可能な交番電界を与える交
番電界手段とを備えることを特徴とする〇 （作用） この発明に係る現像装置によれば、現像剤担持体と像支
持体との間に交番電界を与えて、現像剤を現像剤担持体
と像支持体との間を往復運動させて、静電潜像を現像す
る。この場合、現像特性を良好にするために間隙の寸法
を自由に調節できるとともに、間隙の寸法に応じてここ
に付与することができる。

てこの発明の実施例を詳細に説明する。尚、この実施例
では、正規現像を例に用いて説明する〇第１図に示すよ
うに、この発明に係る現像装置１０には、現像剤を収納
するホツノ母１２と、ホッパ１２内のトナーを感光体１
４に向けて供給する現像ローラ１６が矢印Ａ方向に回転
可能に設けられている。現像剤としては、樹脂及び着色
剤を含んだ検電性粉体の非磁性−成分現像剤（トナー）
が用いられている。現像ローラ１６の周面は、粗面化処
理されておシ現像剤の摩擦帯電と搬送とを容易にしてい
る。現像ローラ１６の周面には、ホッパー１４に向けて
延出されてた弾性ブレード１８の自由端部が圧接されて
いる。弾性ブレード１８は、その自由端部が現像ローラ
１６の回転と逆向きに延出されているので弾性ブレード
１８と現像ローラ１６との表面によって形成されるくさ
び形状の空間部分が減少し、この部分にトナーＴが埋め
一込まれることを防止できる。その結果、弾性ブレード
ｌｌｌｌＩＣよるトナーコーティング作用及びトナー帯
電作用が均一して行われるので安定なトナー薄膜を形成
することができる。弾性ブレード１８は、弾性材料であ
れば何でも良いが、ステンレススチール、夛ん青銅等の
グレートが用いられることが好ましい。板厚は、約０．
１乃至０．４１１！が好ましく、現像ローラ１６に対し
てニップ幅を形成するように配置され、その中心が現像
ローラ１６に対する押圧点となる０この場合、弾性ブレ
ード１８の自由端側の端から約１乃至５酊離れた部分が
押圧点となる。

ホッパ１２内には、更に現像ローラに現像剤を供給する
供給ローラ２Ｑが現像ローラ１６に接して設けられてい
るとともに現像ローラ１６の回転方向大と逆方向Ｃに回
転するように構成されている０供給ローラ２０は、回転
軸２２にポリウレタンフォームのロー２２４が設けられ
ている〇現像ロール１６には、直流電圧及び交流電圧を
重畳して印加するバイアス電源２６が接続されている。

バイアス電源２６の概略的構成を、第６図に示すが、バ
イアス電源２６には、所定の周波数を設定する発振器３
０が設けられている。この発振器３０から発せられた信
号は積分器３２によシ積分された後、コンパレータ３４
において基準電圧と比較される。基準電圧に満たない場
合には、発振器３０にフィードバックされる０基準電圧
に達した場合には、周波数の信号はサインモジュール３
６により正弦波に変換され、この正弦波は位相反転装置
３８によシ位相が反転された後、パワーアン７＃４０に
よシ増幅される。そして増幅された正弦波信号は変圧器
４２によシ交流電圧として出力される。尚、発振器３０
は間隙ｄを自動的に認知する検知器（図示せず）に接続
され、その間隙ｄの寸法に応じて自動的に周波数を変え
るものであるが、操作者がダイヤルｆ等により手動で周
波数を設定してもよい。

現像ローラ１６の下方には、回収ブレード２８が圧接さ
れておシ、現像後に、現像ローラ１６に残存しているト
ナーをホラ・２ノ２内に回収している。回収ブレード２
８は、金属、プラスチック、表面に金属コーティングを
したグラスチック又はゴム等の薄い板材が使用され、現
像ローラに付着したトナーを回収するとともに、ホッパ
１２からのトナーＴの流出を防止している。

一方、現像ローラ１６と感光体１４とは、間隙ｄをあけ
て対向されておシ、感光体ドラム１４は、矢印Ｂ方向に
回転するように設けられているとともにアースされてい
る。間隙ｄは約０．１乃至０．５朋に設定されている。

感光体ドラム１４は、アルミニウムドラム表面に有機光
導電体等の感光層を形成して製造されている。

現像ローラ１６には、その一端部に、間隙ｄを調節する
ための調節装置４４が設けられている。

この調節装置４２は、第７図に示すように、現像ロール
１６の回転軸に沿って延出する軸部材４６と、軸部材４
６にスライド自在に設けられた円板形状のスライド部材
４８とから構成されている。

軸部材４６には目盛シ５０が形成されておシ、１目盛９
３０μｍが表示され、スライド部材が一目盛シ移動する
と間隙ｄが、３０μｍ変化する。スライド部材４８０周
縁部は、感光体ドラム１４の端部５２における周面に当
接されている。感光体ドラム１４の端部５２は、その周
面に軸線方向に沿ってテーノ４５４が形成されておシ、
スライド部材４８の移動によシ現像ロール１６と感光体
ドラム１４との間の間隙ｄを調節することができる。

次に、この現像装置の動作について説明する。

ホツノ々１２内のトナーＴは、供給ローラ１６の回転に
よシ攪拌されつつ現像ローラ１６へ供給される。現像ロ
ーラ１６は、その表面の粗面部分によシトナー搬送力を
持つので、弾性ブレード１８の押圧力に抗してトナーＴ
を現像領域りに向けて搬送する。弾性ブレード１８はこ
の場合、約１０乃至２００ｇ／＋１の線圧力で圧する。

現像ローラ１６では、トナーＴが弾性ブレード１８によ
シ押し圧されて薄層に形成されるとともに摩擦帯電され
る。トナ一層の厚みは約８乃至８０μｍに形成される。

トナーの帯電極性は現像すべき静電潜像の極性、正規現
像または反転現像の選択によシ異なるが、ここでは正規
の帯電極性としてグラスの極性に帯電するトナーを用い
ている。摩擦帯電されたトナーＴは、感光体１４と対面
する現像領域りに搬送される。

一方、感光体ドラム１４は、その表面に静電潜像（符号
「−」で示す）が形成された後、矢印Ｂ方向に沿って回
転されて現像領域りに搬送されてくる。現像領域りでは
、感光体１４と現像ローラ１６との間に間隙ｄが形成さ
れているから、現像領域りでは現像ローラ１６に担持さ
れている現像剤は感光体１４の表面に向けて飛翔し、静
電気力によシ付着する。

バイアス電源２６からは、直流電圧約５０乃至３００Ｖ
（ボルト）と交流電圧ピークトクーーーり値が約１．５
乃至３．０ＫＶ（キロボルト）との重畳したバイアス電
圧を与える。直流電圧による力はトナー粒子を感光体ド
ラム１４から現像ローラ１６へ移動させる力が作用し、
非画像部におけるトナー付着を防止している。その結果
、トナーのかぶりを防止して、鮮明な画像を得るととも
に、現像剤のむだな消費を防°止して記録コストを安く
できる。交流電圧は現像領域りにおいて、トナー粒子を
振動させて活性化し、これによシ可視像の階調性を高め
る。この場合の交流重圧の周波数は、後述するが、約７
００Ｈｚ乃至３ＫＨ２に設定する。

ここで、間隙ｄに印加される周波数とトナーの作用との
関係について、第４図及び第５図を参照して説明する。

一般に交流バイアスを印加すると、その周波数に応じて
、トナー粒子は現像ローラＪ６と感光体ノ４の間を飛翔
し、往復運動することが知られている０図４に示すよう
に１周波数が低い場合は、非画像部において、不十分に
帯電したトナーＴＩ。

充分に帯電したトナーＴ２は感光体に到達してしまい、
そこに付着してかぶシとなる〇一方、第５図に示すよう
に、周波数が高い場合には、非画像領域において、Ｔ２
は感光体に到達する前に、現像ローラに引き戻されてし
まうため、充分に帯電したトナーＴ２によるかぶシが減
少する。しかし、トナーの中に含まれる微小粒子の中に
は、逆チャ−ジを持ったものもあシ、この逆チャージの
トナーは、非画像領域の電界によシ感光体Ｊ４へ押し出
される。そのため、画像領域において、高周波の周波数
になるほど画像濃度が高くなシ、これと同様に非画像領
域に付着する逆チャージのトナーは、周波数が高いほど
多くなっていく０これは、逆極性のトナーが現像ローラ
１６に鏡像力により、付着しておシ、周波数が高くなる
とこのトナーの振動力がトナーの鏡像力に打ち勝って飛
び出しやすくなるためと考えられる。言替えると、非画
像部に付着するべきトナー全体の帯電量（見掛は帯電ｆ
ｆ１）を０に近い値に設定する。尚、周波数は現像ロー
ラ１６と感光体１４との間の間隙ｄによっても異なるが
、この実施例では、間隙ｄが約２００乃至３０（Ｊμｍ
の場合で、約１乃至２ＫＨ２が好ましい。この場合、間
隙ｄを調節装置４４によシ所定の値に設定後、間隙ｄに
応じた最適な周波数を設定する。

現像後の可視像は、次に用紙に転写される。一方、現像
領域を通過した現像ローラ１６は更に回転して、現像に
寄与しなかったトナーはその表面に担持したまま回収ブ
レード２６を得てホツノク１４内に収納される。ここで
、現像ローラ１６に付着したトナーは、供給ローラ２０
によシ一部が掻き取られつつ、新たなトナーが付着され
る。従って、現像ローラ１６の表面には、常に新たなト
ナーが供給されることにナシ、現像後の現像ローラ１６
の表面にそのままトナーが残らず、これによシ次回の現
像に悪影響を与えない〇 〔試験例１〕 感光体ドラム１４の表面を、コロナ帯電によシ一様に帯
電させた後、原稿に対する像露光をして静電潜像を形成
した。この場合、画像部（非露光部分）の電位は一６７
５Ｖ、非画像部（露光部分）の電位は一７０Ｖであった
。

感光体ドラム１４と現像ローラ１６との間隙ｄを３００
μｍ１現像剤層の厚みを２０乃至３０μｍとした。現像
ローラ１６に形成されたトナ一層は、摩擦帯電量が６乃
至２０μｇ／Ｉの帯電量であった。

尚、この帯電量は潜像の前後において変化しないので、
現像領域、Ｄにおいて電荷注入等の現象は起こっていな
いと考えられる。即ち、ここで用いたトナーは、３００
０ｖ／ｃＩＬおよび３００００Ｖ／３０電界下において
も１０　Ωα以上の高い抵抗のトナーである。

トナーは、その粒子径及び粒度分布に基づいて、３種類
のサンプルＡ、Ｂ、Ｃに分けて用いた。

サンプル人 体積平均粒径：１４．８μｍ１ 粒子径４μｍ以下の粒子ニア３．６％以下（累積値）、
粒子径１６μｍ以下の粒子：　９５．０％以上（累積値
）サンプルＢ 体積平均粒径：　１４．０μｍ１ 粒子径４μｍ以下の粒子：８８．３％以下１積値）、粒
子径１６μｍ以下の粒子：９８．４％以上（累積値）サ
ンプルＣ 体積平均粒径：１２．３μｍ１ 粒子径４μｍ以下の粒子：５６．９％以下（累積値）、
粒子径１６μｍ以下の粒子：９６．６％以上傷積値）尚
、上述のトナー粒子の分布は個数分布による測定値であ
シ、Ｈｅ−Ｎｅレーデ解析および散乱を利用した測定法
によシ測定した数値である。

バイアス電源２６は、 直流電圧−２７５Ｖ。

および交流電圧２．４ＫＶ（＋ピークと−ピークとの差
の絶対直）そして、サングルＣＩＣついて、周波数を２
００比乃至４ＫＨ２で変化させた際の交流バイアスの周
波数と、非画像部におけるトナーの付着量（かぶシ）と
の関係を第２図に黒丸で示す。

第２図は、横軸に交流バイアスの周波数（ＫＨｚ）、縦
軸に非画像部におけるトナーの付着量を反射濃度島）で
夫々示したものである。第２図から明らかなように、交
流バイアスが約７００Ｈ２以上になると、非画像部にお
けるトナーの付着量（かぶり）が急激に減少し、約１．
２ＫＨ２（図中符号ａ）で極小となる。そして、１．２
ＫＨｚ前後を極小値として、以後周波数の上昇とともに
徐々にかぶシが増加する傾向を示している。尚、サンプ
ルＡ、Ｈについても同様な試験をしたところサンプルＣ
と同様な結果を示したが、サンプルＣの場合が最もかぶ
シが少なく、サンプルＡ、サンプルＢの順序でかぶシが
増える傾向にあった。即ち、粒子径の小さなトナー粒子
を多く含む程かぶりが増えることを示している。

この試験例１では、交流バイアスの周波数を約１乃至２
ＫＨ２に設定したところかぶりのほとんどない、階調の
優れた鮮明な画像を得ることができた。

体積平均粒子径８乃至１６μｍ１粒子径４μｍ以下のト
ナー個数分布が約１０乃至８０％、粒子径１６μｍ以下
のトナーの個数分布が９７％以上（いずれも累積値）の
粒度分布を持つトナーを使用する限シ、この試験例１と
同様な結果を得られた〇この場合、著しく粒子径の小さ
いトナーを多く含んだシ、著しく粒子径の大きいトナー
を含んでいると、かぶシが増えたシ、充分なａ度、解像
度が得られなかったが、上述のサンプルＡ、Ｂ、Ｃを含
む範囲の粒度分布の場合には、鮮明な画像が得られる。

尚、弾性ブレード１８の線圧は約８０ｇ／ｃ！！ｔであ
った。

〔試験例２〕 帯電後の画像部（非露光部分）の電位は一６００Ｖ１非
画像部（露光部分）の電位は一７０Ｖ、感光体ドラム１
４と現像ローラ１６との間隙ｄを２００μｍ１バイアス
電源２６は、 直流電圧−２００Ｖ。

および交流電圧１．６ＫＶ（＋ビークと−ピークとの差
の絶対値）であった〇 尚、その他の条件は、試験例１と同様である。試験例２
で、バイアス電圧を試験例１に対して変更したのは、間
隙ｄにおける電界を試験例１と略等しくするためである
。この第２の試験例の結果を第２図に白丸で示す。

第２図から明らかなように、かぶシの量と交流バイアス
の周波数との関係は試験例１と同様な傾向を示した０ま
た、第２図から明らかなように、かぶシの極少値を与え
る周波数は、試験例２では１．７ＫＨｚ　（１／中符号
ｂ）であシ、間隙ｄを小さくすることによシ高い周波側
にシフトしていることがわかる。尚、他のトナーサンダ
ルλ、Ｂについても同様な結果を得た。

ここで、第２図を参照して交Ｒ”イアスとかぶシとの関
係について説明する。

周波数が約７００乃至１５００Ｈｚよシ低くなると、か
ぶりが急激に増加しこれより高くなると付着量が減少し
ているが、これは前述したように、ノ４イアス周波数が
高くなるにつれて、トナー粒子が往復運動する際、その
電界の変化において、感光体に到達する以前に向きを変
えるために結果的に非画像部に到達して付着しないから
である。従って、この実施例では、交流ノ９イブスの周
波数は７００乃至１５００Ｈ２以上でなければならない
。

次に、間隙ｄとかぶシとの関係について説明する。

交流バイアスが上述した高周波数の領域では、往復運動
における電界の変化に対してトナー粒子が感光体に到達
できないので、静電潜像による充分な現像電界がない限
シトナーは付着しない（従って、非画像部にはトナーの
付着量が少なくなる）。

間隙ｄが太きければ、トナーが感光体に到達するのに必
要な時間が大きくなシ、トナーの付着量が少なくなる。

これらの試験によれば、交流ｔ４イアスの周波数を７０
０Ｈｚ乃至３ＫＨ２の間に設定することにより、間隙ｄ
は１００乃至５００μｍの範囲で設定した場合、かぶシ
を最少にできた。

〔試験例３〕 試験例１で用いたチングルＣについて、試験例１と同様
な条件で試験を実施した。更に、第３図の上段のグラフ
に示すように、画像部における濃度（原稿に対する濃度
の比）を測定するとともに、同図下段に示すように、非
画像部に付着したトナー粒子全体の帯電量を測定した。

第３図は、横軸に周波数を取シ、縦軸の上段に画像部に
おける画像濃度、中段に非画像部におけるトナーの付着
量、下段に非画像部におけるトナーチャージを夫々並べ
て、比較したものである。

第３図から明らかなように、周波数が４００Ｈｚ以上の
領域であれば、画像部は充分な濃度が得られる。一方、
第３図の下段に示すように周波数がｌＫＨ２を越えた領
域では非画像部の帯電量が正かラ負へと変化している。

このことから、高周波領域でのかぶ、９）ナーは、トナ
一層中に含まれる逆帯電トナーであることがわかる。

つまシ、第３図中段に一点鎖線で示すように、逆帯電ト
ナーの付着量は周波数とともに徐々に増加する。一方、
破断線で示すように正帯電のトナーの付着量は急激に減
少する。そして、これらの合成量が中段に実線で示す曲
線として描かれている。即ち、周波数が約ＩＫＨｚ　（
ターニングポイン）Ｒ）を越えると非画像部に付着する
トナー証が増加する。このターニングポイン）Ｒは、下
段部のグラフからあきらかなようにトナー全体としての
帯電極性の変化点（０点）と一致する０言替えれば、ト
ナーの帯電電荷量の全体の総和の絶対値が小さい程かぶ
シを最少にすることができる。

この発明は上述した一実施例に限定されることなく、こ
の発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である〇 例えば、この発明は、１個の現像装置のみにより現像す
る一色の電子写真装置に用いることなく、複数の現像装
置を用いて複数の色のトナーにより現像するカラー複写
装置に用いても同様な効果を得ることができる。この場
合、第１の現像器によシ現像されたトナー像に、第２の
現像器の接触を回避するために、第２の現像器における
現像ローラと感光体との間の間隙ｄを第１の現像器よシ
も大きく取シ、印加する周波数を低くすることが望まし
い０このように設定することによシ、第１と第２との現
像器の現像特性をほぼ同様に設定することができる。な
お、必要に応じて、逆に間隙ｄを小さくする必要がある
場合には周波数を高くしてもよい。即ち、間隙ｄに応じ
て周波数を変化させるだけで所望の現像状態に調節する
ことができる。

また、現像ロールと感光体との間の間隙を調節する調節
装置は、上述した例に限らず、例えば第８図に示すよう
に、だ円形状のがイドロール５６を用いる調節装置５７
であっても同様な効果を得ることができる。この場合、
感光体ドラム１４の端部５２の周面はテーパが形成され
ておらず同径に形成されている。がイドロール５６には
、その局面の一部にサーボモータの軸に取付けられたギ
ア５８と歯合する歯６０が形成されている。そしてサー
ボモータを所定角度回転させることによシ間隙ｄを設定
することができる。尚、調節装置４４は間隙ｄを自動的
に検知する検知装置６０が設けられ、この検知装置の検
知信号に基づいて自動的にサーボモータが所定角度回転
される〇また、上述の実施例では正規現像を例に用いて
説明したが、言うまでもなく、反転現像に用いても同様
な効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、現像剤担持体と像支持体との間の間
隙に交番電界を与えて静電潜像を現像するが、この場合
、調節手段によシ間隙の寸法を自由に調節できる。とと
もに１間隙の寸法に応じてここに付与する交番電界の周
波数の調節ができるから、現像に最適な間隙の寸法と、
その寸法に応じた周波数の交番電界を付与することがで
きる〇従って、この発明の現像装置によれば鮮明な画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例に係る現像装置の概略断面
図、第２図は交流バイアスとかぶシの関係を示したグラ
フ図、第３図は交流バイアスの周波数と、かぶシ及びト
ナーの帯電量との関係を示したグラフ図、第４図及び第
５図は交流バイアスを印加した場合のトナーの動きを説
明した図、第６因はバイアス電源の構成を概略的に示し
たブロック図、第７図は調節装置の構成を示した側面図
、第８図は調節装置の他の例を示した正面図である。 １０・・・現像装置、１２・・・ホツノや、１６・・・
現像ローラ、２６・・・交流バイアス電源、４４．５７
・・・調節装置（調節手段）。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦９２図 第　３　図 第　４　図 第　５　図 第７図 第８図 手続補正書 ６２．９．１６ 昭和　　年　　月　　日 特許庁長官　　小　川　邦　夫　殿 １、事件の表示 特願昭６２−６５０１０号 ２、発明の名称 現　　像　　装　　置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （３０７）株式会社　東芝 ４、代理人 東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビル７、
補正の内容 明細書、第３頁第２０行目〜第４頁第１行目の「付与す
ることができる。」を「付与する交番電界の周波数を調
整することができる。」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 静電潜像が形成された像支持体と間隙をあけて対向して
   設けられ、現像剤を担持する現像剤担持体と、前記間隙
   の寸法を調節する調節手段と、現像剤担持体に現像剤を
   供給する現像剤供給手段と、前記間隙に、周波数が調節
   可能な交番電界を与える交番電界手段とを備えることを
   特徴とする現像装置。