JPS63231376A - 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】 ［発明の目的コ （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Ｋ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まま対向させている現像装
置が開示されている。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、靜を潜像に付着してこれを現像している。

（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。このため、トナーを均一に帯電することができ
ないばかりか、所定の粒子径以下の粒子は逆の極性に帯
電することがある。

トナーの帯電が不十分であったシ、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、かぶ
シが生じたジするために、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。

［発明の構成コ （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、現像剤担持体に現像剤を供給する現
像剤供給手段と、像支持体と現像剤担持体との間の前記
間隙に交番電界を与える交番電界手段とを備え、現像剤
を現像剤担持体から像支持体に向けて飛翔させて静電潜
像を現像する現像装置であって、交番電界の周波数によ
って、かぶりのトナーの単位質量あたりの電荷が変化し
、前記交番電界手段はその周波数が７００出以上３゜Ｏ
ｋＨｚ以下であることを特徴とする。

（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現像剤粒子を振動活
性化している。この場合、交番電界の周波数に応じて現
像剤の帯電量が変化し、正規の極性に帯電する現像剤に
おいては、充分に帯電した現像剤のみが選択的に現像に
寄与する。しかし、非画像部においては所定の値よシ周
波数が増すと正規の極性とは逆の極性に帯電した現像剤
の付着量が増す。非画像部に付着すべきそこで、現像剤
全体の電荷の和の絶対値が最少となる周波数を印加する
ことにより、充分に摩擦帯電された正規の極性の現像剤
を選択的に現像に寄与させるとともに、逆極性に帯電し
ている現像剤の寄与を最少限にする。

交番電界手段の周波数を７００　Ｈｚ以上３．０ｋＨｚ
以下に限定する理由は、７００よシ少ないと正規の極性
に帯電された現像剤のかぶシが生じ、３．５ｋＨｚよｐ
大きいと逆の極性に帯電した現像剤によるかぶりが増加
するからである。

（実施例） 以下に添付図面の第１図乃至第５図を参照してこの発明
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。

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ッノ４１２と、ホ。

パフ２内のトナーを感光体１４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１４に向けて延出されてた弾性ブレード１
８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１Ｂと’８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が埋め込まれることを防止できる
。その結果、弾性ブレード１８に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１
８は、弾性材料であれば何でも良いが、ステンレススチ
ール、シん宵銅等のプレートが用いられることが好まし
い。板厚は、約０．１乃至０．４　＝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。こ
の場合、弾性ブレード１Ｂの自由端側の端から約１乃至
５８６れた部分が押圧点となる。

ホ、／や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２０が現像ロー２１６に接して設けられて
いるとともに現像ロー２１６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。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ラ２４が設けら
れている。

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。現像ロー
２１６の下方には、回収ブレード２８が圧接されておジ
、現像ローラ１６に残存しているトナーをホッｉ４′ｌ
ｊｌ内に回収している。回収ブレード２８は、金属、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
ラに付着し九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、間隔ｄをあけ
て対向されており、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。間隔ｄは約０．１乃至０．５園に設定されている。

感光体ドラム１４は、アルミニウムドラム表面に感光層
を形成して製造されている。

次に、この現像装置の動作について説明する。

ホッパ１２内のトナーＴは、供給ローラ１６の回転によ
り攪拌されつつ現像ロー２１６へ供給される。現像ロー
ラ１６は、そ・の表面の粗面部分によりトナー搬送力を
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２００　？／ｃｍＯ線圧力で圧する
。現像ロー２１６では、トナーＴが弾性ブレード１８に
より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！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り異なるが、ここでは正
規の帯電極性としてプ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１４ｉｉ、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２１６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ｉ
気力により付着する。

バイアス電源２６からは、直流電圧約５０乃至３００Ｖ
（＆ルト）と交流電圧がそのピークトウーピーク値約１
．５乃至３．Ｑ　ｋＶ　（キロゲルト）に重畳したバイ
アス電圧を与える。直流電圧による力は非画像部におい
て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。この場合の交流電圧の周波
数は、後述するが、非画像部に付着するトナーの帯電量
の全体の和の絶対値が最少となる時の周波数、即ち約７
００　Ｈｚ乃至３．９ｋＨｚ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１６と感光体１４の間を飛翔
し、往復運動することが知られている。図４に示すよう
に、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Ｔノ、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りとなる。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によるかぶりが減少する。しかし、トナーの中に含
まれる微小粒子の中には、逆チャージを持ったものもあ
り、この逆チャーゾのトナーは、非画像領域の電界によ
り感光体１４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。これは、逆極性
のトナーが現像ロー２１６に鏡像力によシ、付着してお
り、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、非画像部に付着すべき、トナー全体の
帯電！（見掛は帯電量）をＯに近い値に設定する。尚、
周波数は現像ロー２１６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３００μｍの場合で、約１乃至２　ｋＨｚが好まし
い。

現像後の可視像は、次に用紙【転写される。一方、現像
領域を通過した現像ロー２１６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グ
レード２６を得てホッパＪ４内に収納される。ここで、
現像ロー２１６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なシ、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、これにより次回の現像
に悪影響を与えない。

［試験例１コ 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
μｍ、現像剤層の厚みを２０乃至３０μｍとした。現像
ロー２１６に形成されたトナ一層は、摩擦帯電量が６乃
至２０μｇ／？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、
現像領域り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、３０００
η鵠および３００００ル鵠の電界下においても１０麺以
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株類
のサンプルＡ、Ｂ、Ｃに分けて用いた。

サンプルＡ 体積平均粒径：１４．８μｍ 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
ングルＢ 体積平均粒径：１４．０μｍ。

粒子径４μｍ以下の粒子：８８．３％以下（累積値）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：１２．３μｍ、 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（累積値）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、Ｈ・−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２．４　ｋＶ（＋ｆ−ヅトｅ−１との差
の絶対値）そして、サンプルＣについて、周波数を２０
０Ｈｚ乃至４　ｋＨｚ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（Ｊ
）で夫々示したものである。第２図から明かなように、
交流バイアスが約７００　Ｈｚ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
１．２　ｋＨｚ　（図中符号＆）で極小となる。そして
、１．２ｋＨｚ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りが増加する傾向を示している。尚
、サンプルＡＳ　Ｂ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
が最もかぶりが少なく、サンプルＡ１サンプルＢの順序
でがぶり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ジ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
　ｋＨｚ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１μｍ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り、この試験例１と
同様な結果を得られた。

この場合、著しく粒子径の小さいトナーを多く含んだり
、著しく粒子径の大きいトナーを含んでいると、かぶり
が増えたシ、充分な濃度、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１８０
線圧は約８０？七であった。

［試験例２］ 帯電後の画像部（非露光部分）の電位は一６００■、非
画像部（露光部分）の電位は一７０ｖ１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１．６　ｋＶ　（−）−ｔ？−りと−ピ
ークとの差の絶対値）であった。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、かぶり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。ま
た、第２図から明らかなように、かぶりの極少値を与え
る周波数は、試験例２では１、７　ｋＨｚ　（図中符号
ｂ）であフ、間隙ｄを小さくすることにより高い周波側
にシフトしていることがわかる。尚、他のトナーサンプ
ルＡ、Ｈについても同様な結果を得た。

ここで、第２図を参照して交流バイアスとかぶジとの関
係について説明する。

周波数が約７００乃至１５００　Ｈｚより低くなると、
かぶりが急激に増加しこれよシ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、バイアス周波数が
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、交流バイアスの周波
数は７００乃至１５００Ｈｚ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が大きければ、トナーが感光体に到達するのに必
要な時間が大きくなり、トナーの付着量が少なくなる。

これらの試験によれば、交流バイアスの周波数を７００
　Ｈｚ乃至３．０ｋＨｚの間に設定することによシ、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コ 試験例１で用いたサンプル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ｔｉを測定した。

第３図は、横軸に周波数を取り、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１　ｋＨｚを越えた
領域では非画像部に付着したトナー粒子の帯電量が正か
ら負へと変化している。このことから、高周波領域での
かぶりトナーは、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。

つまり、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故に減
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１　ｋＨｚ　
（ターニングポイン　　゛）Ｒ）を越えると非画像部に
付着するトナー量が増加する。このターニングポイント
Ｒは、下段ｆＧｆｉ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。

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。

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ジ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の現像器によ逆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「−ラと感光体との間の間隔ｄを第１の現像器より
も大きく取り、印加する周波数を低くすることが望まし
い。このように設定することにより、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、上述の実施例では正規現像を例に用いて説明した
が、言うまでもよく、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、交番電界の周波数を７００Ｈｚ以上
３．０ｋＨｚ以下に設定することによシ、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り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
明した図である。 １０・・・現像装置、１２・・・ホッパ、１６・・・現
像ローラ、２６・・・交流バイアス電源。

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、現像剤担
   持体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、像支持体と
   現像剤担持体との間の前記間隙に交番電界を与える交番
   電界手段とを備え、現像剤を現像剤担持体から像支持体
   に向けて飛翔させて静電潜像を現像する現像装置であっ
   て、交番電界の周波数によって、かぶりのトナーの単位
   質量あたりの電荷が変化し、前記交番電界手段はその周
   波数が７００Ｈｚ以上３．０ｋＨｚ以下であることを特
   徴とする現像装置。