JPH03200271A - 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】 （発明の背景〕 本発明は、一般的には静電潜像を可視化する技術に関し
、特に、ドナーロールとこのドナーロールにトナーを補
給するための改良された装置を有する一成分現像装置に
関する。

本発明は、ゼログラフィー技術あるいはプリンティング
技術において使用されることができる。

従来のゼログラフィーの実施において、始めに光導電性
絶縁表面あるいは感光体を均一に帯電することによって
ゼログラフィー表面上に静電潜像を形成するのが−゛般
の手順である。感光体は電荷保持表面を有する。原稿画
像に対応する光線のパターンに従って電荷は選択的に消
散させられる。電荷の選択的消散により、光線を受けな
かった部分に対応する画像形成面上に潜像帯電パターン
が残る。

この帯電パターンは、トナーによって現像することによ
り可視化される。トナーは一般的には静電力によって帯
電パターンに付着するカラー粒子である。現像された画
像は、その後その画像が形成された表面上に定着される
か、あるいは普通紙のような受像体に転写され、適切な
定着技術によってその受像体に定着される。

静電電子写真手段を含む様々な方法によって画像を現像
することはよく知られている。これらのシステムのうち
いくつかにおいては、セレンのような絶縁表面上に保持
された静電潜像上に、例えばカスケード現像、磁気ブラ
シ現像、パウダークラウド現像、タッチダウン現像など
を用いてトナー粒子が付着させられる。

二成分現像システムのいくつかの不都合に鑑みて、トナ
ー粒子のみを用いる一成分現像システムを設計しようと
多大な努力が払われてきている。

例えば米国特許第２．８４６．３３３号は、トナー樹脂
。

着色剤及び磁気材料から成る一成分現像剤を開示してい
る。多くの一成分現像システムは導電性トナー粒子を含
むため、画像形成体上への画像状のトナーの付着はトナ
ー粒子の誘導帯電により得られる。しかしながら、トナ
ー粒子上の電荷は転写工程の間に紙からの誘導帯電によ
って逆転され得るため、導電性トナー粒子を普通のボン
ド紙に静電転写するのは通常の場合非効率的である。し
たがって、導電性−成分現像剤が用いられる静電写真シ
ステムは、充分なトナー転写を達成するために、別の転
写方法及び特別に被覆された絶縁紙のような材質を必要
とする。更に、導電性トナー粒子を用いる一成分現像シ
ステムにおいて、望ましくない背景あるいは背景削除の
制御は、通常、静電力のみによっては達成され得ない。

何故なら、トナー粒子は、画像部及び背景部の両方にお
いて像担持体上に誘導的に帯電され付着するからである
。このようなことは、二成分現像システムでは起こらな
い。何故なら、二成分現像システムにおいては、背景部
現像の削除は、摩擦的に帯電されたトナー粒子上に作用
する静電力によって達成されるからであり、この静電力
によってそのようなトナー粒子が像担持体から引き離さ
れるからである。

一成分現像分野における最近の開発の結果、絶縁性非磁
性トナー粒子が適切に帯電され、−成分現像装置を用い
て二成分画像の特性が得られるという効率的、経済的か
つ簡便なプロセス及び装置が得られている。このシステ
ムについては、その開示が本明細書中に参照として説明
されている１９８５年３月１９日に発行された米国特許
第４．５０５．５７３号に述べられている。すなわち、
帯電ロール手段がトナー粒子を計量と同時に帯電する。

ドナー電極ロールは、計量され帯電されたトナー粒子を
帯電ロールから電荷保持表面へ搬送する役割を果たす。

電極は、例えばカーボンブラック含存のポリマーで被覆
された導電性ロールを有する多くの適切な材質から構成
され得る。

従来技術において、非磁性−成分現像システムの再装填
は非効率的である。特に、連続するベタ（切れ目のない
）画像を現像する場合は、非効率的である。再装填とは
、連続するベタ画像を現像するという負荷状態の下でさ
え、単一のパスでトナーをドナーロールに与えるための
能力のことである。充分なトナーの供給、流れ及び帯電
が再装填のための必要条件である。

１つの従来装置において、トナーは現像剤サンプ内のト
ナーを流動させる回転トナー移動部材によって、現像ハ
ウジングの長さ方向の下方に搬送される。トナー移動部
材とドナーと間の直流バイアスｃ−ｔｏｏｏボルト）は
、ブリニップ領域において適正極性のトナーをドナー上
に補充するのを助ける。トナー移動部材とドナー間のギ
ャップは比較的大きい（，０６インチ）ため、印加され
る電界は低い。トナー移動部材の形状の最適化について
も、かなりの努力が行われてきた。近年のトナー移動部
材（円筒形、星形、パドルホイール）は、同等の性能を
示しているが、充分な再装填は不足している。これらの
トナー移動部材に典型的に見られるのは、連続するベタ
領域の最初の３つの複写物内の濃度の低下あるいは不均
一濃度のような再装填の欠点である。

本発明に関連する特許がここに述べられる。

１９８３年５月ｌＯ日発行の米国特許第４．３８２．４
２０号は、乾式静７！！電子写真複写機において、光導
電性記録部材上に形成された静電潜像を、導電性電極が
現像剤に接している状態で一成分現像剤を用いて現像す
る装置に関する。導電性電極はスイッチ装置を介して電
源に接続されており、潜像が現像される前に現像剤を所
定の電位で所定の極性に帯電させる役割を果たす。この
ようにして、潜像は選択的に正規画像又は反転画像とし
て大変容易に現像されることができる。この特許の第６
図は、現像ベルト上のトナー層を規制し、電極としても
作用する帯電及び計量ローラを開示している。

１９８４年７月１０日発行の米国特許第４．４５９．０
０９号は絶縁性トナー粒子を帯電するためのプロセス及
び装置に関する。このプロセス及び装置においては、摩
擦帯電可能なコーティングを備えた帯電ロールが設けら
れ、弱く帯電されたトナー粒子は搬送されて帯電ロール
上に含まれるコーティングと接触する。この接触は、帯
電ロールと搬送機構の間に位置する帯電ゾーンにて行わ
れる。弱く帯電されたトナー粒子と帯電ロール上に含ま
れる摩擦帯電可能なコーティングとの間の接触の結果、
正あるいは負の極性の電荷が前記の弱く帯電されたトナ
ー粒子に与えられる。この発明の装置及びプロセスは、
例えば静電写真記録画像形成装置において有用である。

１９８８年３月２１日又はその頃に出願され、本発明と
同じ誼受入に誼渡された米国特許出願番号０７／１７１
、０６２には、ドナーからのトナーの分離と、その分離
に付随するパウダークラウドの発生が、現像ニップ内に
位置する自己間隔調整式電極構造によって供給される交
流電界により得られる無清掃現像システムが開示されて
いる。電極構造は、トーンドドナーと受像体間のギャッ
プ内で、トーンドドナーに大変近接した位置に設けられ
ている。自己間隔調整は、ドナー上のトナーを介して行
われている。このような間隔は、空気絶縁破壊の危険な
く比較的大きな静電界の形成を可能にする。

１９８８年５月３１日又はその頃に出願され、本発明と
同じ請受入に誼渡された米国特許出願番号０７／２００
、３２Ｂには、ダイナミックトナー計量及び−成分トナ
ーの帯電のための構造を含む現像装置が開示されている
。このため、可撓性回転ロッドが設けられており、この
ロッドには電気的ノくイアスが印加される。このロッド
は、従動ブレードに取り付けられている分散型軸受構造
体によって保持あるいは支持されている。ロッドに対し
て保持されているトナー清掃ブレードは、トナーシール
としての役割を果たす。可撓性ロッドは、帯電トナーを
ドナーロールと受像体の中間にある現像ゾーンに搬送す
る剛性ロールに、自己間隔調整されて支持されている。

自己間隔調整は、ドナー構造上のトナー層によって成さ
れる。ドナーロールと可撓性ロッドは、トナー計量及び
帯電ゾーンを形成し、このゾーンを通ってトナーは移動
し、トナー粒子は計量と同時に帯電される。ドナーロー
ルと可撓性ロッドは、ニップにおけるトナーの計量と帯
電を制御するため、互いに反対方向に回転する。

１９８８年ｌθ月３０日にプレウィントン（Ｂｒｅｗｉ
ｎｇｔｏｎ）等の名前で出願され、本発明と同じ誼受入
に誼渡された米国特許出願番号０７／４２８．７２６に
は、受像体上に記録された潜像を現像剤で現像する装置
が開示されている。現像剤ハウジング内のチャンバは現
像剤材料の供給部を収容する。ドナーロールはハウジン
グ内のチャンバ内に位置し、潜像を現像するための現像
剤が潜像と接触するよう現像剤を搬送する。回転長尺部
材は、現像剤を流動化させる。現像剤が貯蔵体から現像
ハウジング内のチェンバーに排出されると、この現像剤
は流動化された現像剤に圧力を及ぼし、現像剤を現像ハ
ウジングの一端から他端へ移動させる。電気的バイアス
が長尺部材とドナーロール間に印加され、このために現
像剤は、現像ハウジングの一端から他端へ移動する際ド
ナーロールに引き付けられる。

〔発明の概要〕

簡単に言えば、本発明は電気的にバイアスされたトナー
移動部材と摺接する部材を用いている。

その部材は、マイラー、カプトン、ポリエチレン。

ステンレス鋼シートのような材質のフラップ又はナイロ
ン、ステンレス鋼、カーボンファイバーのような材質の
ブラシである。他の再装填部材の形態としては、トナー
移動部材の表面上のロッドのような回転円筒部材、トナ
ー移動部材の表面上で転がるビーズの集合体又はトナー
移動部材表面を摺擦するための他の従動部材が挙げられ
る。

電気的にバイアスされたトナー移動部材と再装填部材と
は、電気的にバイアスされたドナーロールと、ドナーロ
ールと電荷保持表面間に設けられて交流バイアスされた
電極と共に用いられる。トナークラウドは電極によって
起こされ、電荷保持表面とドナーロール間に形成された
静電界は、トナークラウドを形成するトナーを画像の形
状に電荷保持表面上に付着させる。

〔発明の好ましい態様の詳細な説明〕

本発明は、従来のゼログラフィー技術並びにそれに類す
るプリンティング技術において使用可能であって、ハイ
ライト画像形成においても使用することができ、そのよ
うな画像形成システムと関連して実現されるであろう。

特に、本発明は３レベルハイライト力ラー画像形成シス
テムに適用されるであろう。

３レベルハイライト画像形成の概念をよりよく理解する
ために、第１ａ図及び第１ｂ図を参照して説明する。第
１ａ図は３レベル静電潜像を詳細に示すものである。こ
こで、Ｖｏは初期帯電レベル、Ｖ　ｄｄｐは暗放電電位
（未露光）、Ｖｗは明放電レベル及びＶｃは感光体の残
留電位（完全露光）である。

静電潜像の現像における色区別は、感光体が並列された
又は１つのパス上にある２つの現像ハウジングを通過す
るときに、電圧を現像ハウジングに印加することによっ
て達成される。これらの電圧は背景電圧Ｖｗからオフセ
ットされており、そのオフセットの方向は現像ハウジン
グ内のトナーの極性または符号に依存する。１つの現像
ハウジング（図面中では第２番目）はトナーを収容して
おり、この黒トナーは第１ｂ図に示されるようにトナー
が感光体とＶｂｂ（黒バイアス電圧）にバイアスされた
現像ロールとの間の静電界によって潜像の最も高（帯電
された（　Ｖ　ｄｄｐ）領域に向かうような摩擦帯電特
性を存する。逆に、第１現像ハウジング内のカラートナ
ーの摩擦帯電電荷は、感光体とバイアス電圧Ｖｃｂ（カ
ラーバイアス電圧）にバイアスされた第１現像ハウジン
グ内の現像ロール間に存在する静電界によって、トナー
が潜像の残留電位Ｖｃの領域に向かうように選択されて
いる。

第２図に示されるように、本発明を適用したプリンティ
ング装置は、光導電性ベルトｌＯの形態の電荷保持部材
を用いることができる。この光導電性ベルトは、光導電
性表面と導電性基板とから成り、帯電部Ａ、露光部Ｂ、
現像部Ｃ１転写部り及び清掃部Ｆを通過して移動するよ
うに設けられている。ベルト１０は矢印１６の方向に移
動し、その連続する部分を、その移動経路の周りに設け
られた様々な処理部を通って順次進行させる。ベルトｌ
Ｏは複数のローラ１８．２０．２２の回りに架は渡され
ており、前者は駆動ローラとして用いられ、後者は感光
体ベルトｌＯに適当なテンションを与えるために用いら
れる。モータ２３は、ベルトｌＯが矢印１６の方向へ進
むようにローラ１８を回転させる。ローラ１８は、ベル
トドライブのような適当な手段によってモータ２３に連
接されている。

第２図を更に参照すると判るように、ベルト１０の連続
部分は、まず帯電部Ａを通過する。帯電部へで、スコロ
トロン、コロトロン、あるいはダイコロトロンのような
、符番２４で示されるコロナ帯電装置は、ベルト１０を
選択的な高い均一な正あるいは負電位ｖＯに帯電する。

好ましくは負帯電である。コロナ帯電装置２４を制御す
るために、当該技術分野においてよく知られている適切
な制御が使用されてもよい。

次に、感光体表面の帯電された部分は露光部Ｂへ進む。

露光部Ｂにおいて、均一に帯電された感光体あるいは電
荷保持表面１０はレーザ出力走査装置２５によって露光
される。レーザ出力走査装置２５はその出力に応じて電
荷保持表面を放電させる。

好ましくは走査装置は３段階ラスターアウトプットスキ
ャナー（ＲＯ３）である。あるいはＲＯ３は従来のゼロ
グラフィー露光装置に置換されてもよい。

始めに電圧ＶＯに帯電された感光体は、暗減衰を受け、
約９００ボルトに等しいＶｄｄｐとなる。感光体は、露
光部Ｂで露光されると、画像のハイライト（すなわち黒
板外の色）カラ一部分において０または接地電位に近い
約１００ボルトに等しいＶｃに放電される。第１ａ図に
示すように、感光体はまた背景（白）部分において画像
的に、約５００ボルトに等しいＶｗに放電される。

現像部Ｃにおいて、符番３０で示される現像システムは
一成分現像剤を進行させて静電潜像に接触させる。現像
システム３０は第１と第２の現像装置３２、３４を有す
る。現像装置３２は一対の磁気ブラシローラ３６．３８
を含むハウジング３４を有する。これらのローラは現像
剤４０を電圧レベルがＶｃである電荷保持表面上の潜像
に接触させる。現像剤４０は一例として赤トナーを育す
る。適当な電気的バイアスは、現像装置３２に電気的に
接続された電源４１によって達成される。約４００ボル
トの直流バイアスが電源４１によってこれらのローラ３
６．３８に印加される。

現像装置３４は剛体ローラ４２の形態をしたドナー構造
を有する。ドナー構造４２は、その上に付着され、組み
合わせ計量及び帯電装置４６（第３図）によって調整さ
れた非磁性−成分現像剤あるいはトナー４４を電極構造
と向かい合う位置へ搬送する。

組み合わせ軽量及び帯電装置４６は、直流電源４７を用
いて電気的にバイアスされている。この場合の現像剤は
黒トナーから成る。ドナー構造は、電荷保持表面の移動
方向に対して同じあるいは反対方向に回転可能である。

ドナーローラ４２はテフロン−ニス（イー・アイ・デュ
ポン社商標）で被覆されているのが好ましい。

現像装置は更に電荷保持表面ｌＯとドナー構造４２との
間のスペースに設けられた電極構造４８を有する。電極
構造はドナー構造４２に対して近接した位置にある複数
の細い（直径５０から１００　ミクロン）タングステン
ワイヤーを有する。ワイヤーとドナー間の距離は約２５
ミクロンあるいはトナー粒子の直径である。ワイヤーは
ドナー構造の上のトナーの厚み分だけドナー構造の上か
ら離れてい自己間隔調整（ｓｅｌｆ−ｓｐａｃｅｄ　）
されている。コノタメ、ワイヤーの先端は、ドナー構造
を回転可能に支持する先端支持ブロック　（図示せず）
の上部に固定されている。ワイヤーの先端は、トナー層
を含むドナー構造の表面に対する接線よりもわずかに下
方にくるように設けられている。このようにワイヤーを
設けることによって、ワイヤーはローラの振れに影響さ
れない。

第３図に示されているように、交流電圧源５０により交
流電気バイアスが電極構造に印加される。

印加された交流電圧は、ワイヤーとドナー構造間に交流
電界を形成する。この交流電界はトナーをドナー構造か
ら分離し、かつワイヤーの回りにトナークラウドを形成
するのに有効である。トナークラウドの高さはトナーク
ラウドが電荷保持表面に接触しない高さである。交流電
圧の大きさは比較的低く、ピーク値が約２００から３０
０ボルトで約４ｋＨｚから１０ｋＨＺまでの周波数のも
のである。ドナー構造４２に約７００ボルトを印加する
直流バイアス供給部８８は、ワイヤーの周囲のトナーク
ラウドから分離されたトナー粒子を電荷保持表面上の潜
像に誘引するために、静電界を形成する。電極とドナー
構造間を約２５ミクロン開けることによって、２００か
ら３００ボルトの印加電圧は空気絶縁破壊の危険なく比
較的大きな静電界を形成する。形成された静電界の強さ
は約８から１２ボルト／ミクロンである。交流バイアス
は電極構造に印加されるように示されているが、同様に
ドナー構造に印加することもできる。

ドナー構造４２、トナー移動部材８０を備えた計量及び
帯電装置４６及び再装填フラップ８２は、現像ハウジン
グ８６内に作動可能に支持される。トナー移動部材８０
は、トナー４４を離れたトナー供給部からドナー構造と
対向する現像ハウジング内の領域へ搬送する役割を有す
る。この領域でトナーはドナー構造へ転移させられる。

再装填部材はトナー移動部材の表面と摺接される。再装
填部材はマイラー、カプトン、ポリエチレン、ステンレ
ススティールのような材質のフラップまたはナイロン、
ステンレススティール１　カーボンファイバーのような
材質のブラシとすることができる。他の再装填部材の形
態としては、トナー移動部材の表面上のロッドのような
回転円筒部材、トナー移動部材表面上で転がるビーズの
集合体またはトナー移動部材表面を摺擦するための他の
従動部材が挙げられる。再装填部材８２は、連続するベ
タ（切れ目のない）画像領域の現像のような高い負荷状
態の下にかかわらず、ドナーの１回転中にドナーにトナ
ー４４を補給させるため、トナー移動部材８０に接触し
て摺擦するように支持されている。

電気的にバイアスされたトナー移動部材と再装填部材は
、電気的にバイアスされたドナーロール４２と、ドナー
ロールと電荷保持表面の間に設けられて交流バイアスさ
れた電極４８と共に用いられる。

トナークラウドは交流バイアス電極によって起こされ、
電荷保持表面とドナーロール間に形成される静電界はト
ナークラウドを形成するトナーを画像の形状に電荷保持
表面の上に付着させる。

シート状担持体５８は移動させられて転写部りでトナー
像と接触する。シート状担持体は図示されない従来のシ
ート給送装置によって転写部りへ搬送される。シート給
送装置は一束のコピーシートのうち最上部のシートと接
触する給送ロールを含むことが好ましい。給送ロールは
シートの束から最上部のシートをシュート中に搬送する
ように回転し、シュートは進行するシート状担持体をベ
ルト１０の光導電性表面に接触するよう時間的同期をと
って向かわせる。その結果、ベルト１０の光導電性表面
上の現像されたトナー粉像は転写部りにおいて進行する
シート状担持体と接触する。

感光体上に現像された合成画像は正及び負のトナーから
成るため、正の前転写コロナ放電部材５６が負のコロナ
放電を用いてトナーを基板に有効に転写するよう調整す
るために設けられている。

転写部りはシート５８の裏面上に適切な極性のイオンを
放射するコロナ発生装置６０を含む。これは帯電された
トナー粉像をベルト１０からシート５８へ誘引する。転
写後、シートは矢印６２の方向へ移動を続け、シートを
定着部Ｅへ搬送するコンベア（図示せず）の上へと移動
する。

定着部Ｅは、転写された粉像をシート５８へ永久定着さ
せる符番６４を付された定着機構を含む。定着機構６４
は熱定着ローラ６６とバックアップローラ６８を存する
ことが好ましい。シート５８は、トナー粉像が定着ロー
ラ６６に接した状態で定着ローラ６６とバックアップロ
ーラ６８との間を通過する。このように、トナー粉像は
永久にシート５８へ定着される。定着後、図示されない
シュートは進行するシート５８を図示されない排紙トレ
イへ導き、シートはオペレーターによってプリンティン
グ装置から取り出される。

シート状担持体がベルト１０の光導電性の表面から分離
した後、光導電性表面上の非画像部によって担持された
残留トナー粒子はそこから除去される。これらの粒子は
清掃部Ｆで除去される。磁気ブラシ清掃ハウジング９が
清掃部Ｆに設けられている。清掃装置は、清掃ハウジン
グ内のキャリア粒子が磁気ブラシローラ構造と電荷保持
表面に対してブラシ状の配列を形成させるための従来の
磁気ブラシローラ構造を備える。清掃装置はまた、ブラ
シから残留トナーを除去するための一対のトナー除去ロ
ールを備える。

清掃に続いて、次の画像形成サイクルのための帯電前に
除電ランプ（図示せず）が光導電性表面を照明し、残留
する静ｉｔ荷を消滅させる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図は３レベル静電潜像を示す感光体電位−露光の
線図、 第１ｂ図は、シングルパスのハイライトカラー潜像特性
を示す感光体電位の線図、 第２図は、本発明の特徴を有するプリンティング装置の
概略図、及び 第３図は、現像ドナーロール、再装填部材及び電気的バ
イアス配列の概略断面図である。 ！０；ベルト　　　　　２４：コロナ帯電装置３０：現
像システム　　３２．３４：現像装置３６．３８：磁気
ブラシローラ ４０：現像剤　　　　　４２：ドナー構造４４：トナー
　　　　　４６：計量及び帯電装置４８：電極構造　　
　　８０：トナー移動部材８２：再装填フラップ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電荷保持表面の上の静電潜像をトナーによって現像
   する現像装置であって、 トナー供給部と、 トナーを前記電荷保持表面の上に付着させるドナー構造
   と、 トナーを前記ドナー構造に転移させるためにトナーを前
   記トナー供給部から前記ドナー構造と対向する領域に搬
   送する回転トナー移動部材と、 前記ドナー構造とトナー移動部材との間のトナーの転移
   のために前記ドナー構造とトナー移動部材の間に静電界
   を形成する手段と、 連続する切れ目のない領域を現像する間、前記トナー移
   動部材の実質的な１回転中に前記トナー移動部材への再
   装填を実行させる手段とを備えた現像装置。 ２、電荷保持表面の上の静電潜像を現像する現像方法に
   おいて、 トナーをトナー供給部からドナー構造と対向する領域に
   移動させる工程と、 前記トナー移動部材から前記ドナー構造へトナーの転移
   を実行させる工程と、 前記ドナー構造の上のトナーを前記電荷保持表面の上の
   連続する切れ目のない領域画像の上に付着させる工程と
   、 前記ドナー構造の実質的な１回転中に再装填を行う工程
   とを備えた現像方法。