JPH0364073B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、写子真真法、静電記録法、静電印刷
法または磁気記録法によつて像担持体に形成した
潜像をトナー像に現像する画像形成方法に関し、
特に、回動する像担持体と現像剤搬送担体とが対
向する現像域に振動電界を生ぜしめて像担持体上
の潜像をトナー像に現像する画像形成方法に関す
る。

〔従来技術〕

上述のような画像形成方法は、特開昭49−
94335号、同50−30537号、同55−18656号、同56
−144452号、同57−139761号、同57−147652号、
同58−48065号各公報やUSP4076857号公報等に
より知られている。このような画像形成方法は、
現像剤搬送担体面の現像剤層を像担持体面に接触
させる条件でも用いられるが、振動電界の作用に
よつて現像剤層からトナーが飛翔して像担持体に
移行するようになるから、トナー像に掃き目の生
ずることがない。そして背景部にトナーが付着す
るかぶりの発生を容易に防止することができる。
現像剤層を像担持体面に接触させない条件で用い
ることが好ましく、それによつて掃き目やかぶり
のない鮮明なトナー像を形成することができる。
しかし、反面、振動電界の作用によつてトナーが
飛翔して像担持体との間隙から現像装置外にトナ
ーが飛散し易いし、複数の現像装置によつて像担
持体上でトナー像の重ね合わせを行うカラー画像
形成の場合は、トナーの逆転移による現像装置へ
の色違いトナーの混入も起り易いし、また振動電
界を生ぜしめるために電力の消費も大きいと言つ
た問題がある。

そこで、像担持体上の潜像が現像域を通過する
ときにのみ現像剤搬送担体に振動電圧を印加し、
それ以外のときは、現像剤搬送担体を接地あるい
はフローテイング状態とし、または現像剤搬送担
体に直流電圧を印加するようにした画像形成方法
がUSP3893418号公報や特開昭56−14266号公報
により知られている。この方法によれば、上述の
問題を相当程度解消することができる。しかし、
この方法は、現像剤搬送担体に所定の振動電圧を
印加する時期を単に像担持体の潜像が現像域を通
過する時期に合わせるようにしたものであるた
め、潜像が現像域に達したときに未だ十分な振動
電界が生じていなかつたり、それを防ぐために振
動電圧印加の時期を早めると、前述の方法におけ
ると同様に、トナー飛散や、現像が背景部電位に
対して低電位乃至は逆極性電位の静電潜像に背景
部電位と同極性に帯電したトナーを付着させる反
転現像にあつては、背景部電位の非画像帯電領域
にトナーが付着するトナーの徒費が生じたりする
と言う問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は、上述の問題を解消するためになされ
たものであり、像担持体の潜像が現像域に達する
ときには十分な振動電界が生ぜしめられていて、
安定して鮮明なトナー像を形成することができ、
トナーの飛散や徒費が防止され、電力の消費も少
ない画像形成方法を提供するものである。

〔発明の構成〕

本発明は、回動する像担持体と現像剤搬送担体
とが対向する現像域に振動電界を生ぜしめて像担
持体上の潜像をトナー像に現像する画像形成方法
において、像担持体上の潜像が現像域に達する前
に予め現像域に一方向性電界を生ぜしめてから該
電界を連続的または段階的に前記振動電界に変化
させ、しかる後に像担持体上の潜像を現像域に通
過させるようにしたことを特徴とする画像形成方
法にあり、この構成によつて上記目的を達成した
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示例によつて説明する。

第１図は本発明の方法を実施する記録装置の一
例を示す概要構成図、第２図は現像装置の一例を
示す部分図、第３図乃至第５図はそれぞれ現像剤
搬送担体に印加するバイアス電圧の例を示すタイ
ムチヤート、第６図乃至第８図はそれぞれ第３図
乃至第５図に示したバイアス電圧を印加するバイ
アス電源の構成例を示す回路図である。

第１図の記録装置は、原稿撮像素子や他の機器
から入力された信号、あるいはデータ記憶部のデ
ータ等から得られる画像データＩを信号処理装置
１で処理することにより、２値（すなわち白黒）
化された画素データより構成される画像信号（以
下、２値画像と云う）を得、この２値画像の画素
データによりレーサ、音響光学変調装置、レンズ
装置、回転多面鏡等から成るレーザビームスキヤ
ナ２を画素毎にON，OFF制御して、矢印方向に
回転し帯電器４により一様に帯電されている像担
持体３の光導電体層表面にレーザスポツトによる
像露光を行い、そのスポツト露光部分に詳細を第
２図に示したような現像装置５により振動電界下
で像担持体３の帯電と同極性に帯電しているトナ
ーを付着させてトナー像を形成するものである。
そして、形成されたトナー像は、像担持体３の回
転と同期して像担持体３の表面に接するように送
り込まれて来る記録紙Ｐに転写器６によつて転写
され、トナー像を転写された記録紙Ｐは、分離器
７によつて像担持体３の表面から分離され、次い
でローラ定着装置８によつてトナー像と定着され
て記録装置外に排出される。一方、トナー像を転
写した像担持体３の表面は、除電器９によつて除
電された後クリーニング装置１０によつて残留ト
ナーを除かれて一回の画像形成プロセスを終了す
る。

第２図の現像装置５は、アルミニウムやステン
レス鋼のような非磁性材料から成る現像剤搬送担
体５１にバイアス電源１１によつてバイアス電圧
を印加されて、基体部を接地されている像担持体
３との間の現像域内に電界を生ぜしめられる。こ
の現像剤搬送担体５１の内部には表面に複数の
Ｎ，Ｓ磁極を有する磁石体５２が設けられてい
る。そして、現像剤搬送担体５１が静止または左
回転し、磁石体５２が右回転または静止すること
により、磁石体５２の磁力によつて現像剤溜り５
３から現像剤搬送担体５１の表面に吸着された現
像剤が上記一方の回転または両方の回転によつて
反時計方向に移動するようになる。このように搬
送される現像剤は、層厚規制ブレード５４によつ
て像担持体３の表面に接触しない範囲の層厚に規
制され、現像域Ａにおいて振動電界の作用により
トナーが現像剤層から飛翔して像担持体３の静電
潜像を現像する。なお、現像に現像剤層の不同の
影響が現われにくい点からすると、磁石体５２が
回転して現像剤層を搬送するものであることが好
ましい。

現像域Ａを通過した残りの現像剤層はクリーニ
ングブレード５５によつて現像剤搬送担体５１の
表面から除かれて現像剤溜り５３に還元される。
現像剤溜り５３の現像剤は、トナーとキヤリヤが
混合した所謂二成分現像剤であり、撹拌翼５６に
よつて撹拌されてトナーが像担持体１の帯電と同
極性に帯電するものである。トナーは、現像によ
つて消費されるから、トナーホツパー５７からト
ナー補給ローラ５８によつて現像剤溜り５３に補
給される。

像担持体３の帯電と同極性に帯電したトナーを
現像域Ａにおいて現像剤搬送担体５１上の現像剤
層から飛翔させて静電潜像の像露光部に付着させ
るために、現像剤搬送担体５１には像担持体３の
背景部電位に近い同極性の直流電圧と交流電圧の
重畳したバイアス電圧を印加する。バイアス電源
１１は、このバイアス電圧の印加を第３図〜第５
図に示したように行い、それによつて、トナーの
飛散や徒費を防止するようにしている。なお、１
２は保護抵抗である。

第３図乃至第５図において、T₀は帯電器４に
よる帯電の行われていない像担持体３の非帯電領
域が現像域Ａを通過する時間帯、T_vは帯電器４
によつて帯電が行われたが像露光の入射が行われ
ていない像担持体３の非画像帯電領域が現像域Ａ
を通過する時間帯、T_iは像露光の入射した像担持
体３の画像形成領域が現像域Ａを通過する時間
帯、T_v′は画像形成領域に続く非画像形成領域が
現像域Ａを通過する時間帯、T₀′は帯電器４によ
る帯電の終了した非帯電領域が現像領域Ａを通過
する時間を示す。そして、第３図は、時間帯T_v
においてまず直流電圧を印加し、次いで一定周期
の交流電圧を振幅を次第に増大させて重畳し、交
流電圧の振幅が所定の値に達した段階で像担持体
３の画像形成領域が現像域Ａを通過するようにな
り、時間帯T_iの間はこの直流電圧と交流電圧の重
畳したバイアス電圧を維持し、時間帯T_v′に入つ
た段階で交流電圧の振幅を減衰させて直流電圧の
印加のみに戻し、その直流電圧も非帯電領域が現
像域Ａを通過するようになる前には印加を停止す
るようにした例を示している。このように画像形
成領域が現像域Ａに達する前に一方向性電界を生
じさせ、次いで振動電界を次第に強くして所定の
現像条件にもたらすようにすると、現像剤にいき
なり強い振動電界が作用することがないから、ト
ナーを飛散させることなく、非画像帯電領域にト
ナーが付着するトナーの徒費も少なく、そして、
画像形成領域が現像域を通過するときには所定の
振動電界が保たれて、かぶりのない鮮明なトナー
像を現像することができ、また、電力の消費も必
要最少限で済む。第４図は、第３図の例における
交流電圧の振幅を漸増および減衰させていること
の代りに、その間は半波整流した交流電圧を直流
電圧と重畳するようにした例を示している。この
例においても第３図の例におけると同様の効果が
得られる。第５図は、第３図や第４図の例におい
て先に直流電圧のみを印加して一方向性電界を生
じさせていることの代りに、現像時に印加する重
畳電圧を半波整流して得られる同一極性のみを示
すパルス状の電圧を印加することによつて一方向
性電界を生じさせ、それにより第３図の交流電圧
振幅の漸増および減衰や第４図の半波整流した交
流電圧の重畳と同じ役割も兼ねさせた例を示して
いる。すなわち、この例においても第３図や第４
図の例におけると同様の効果を得ることができ
る。

第３図の例はバイアス電源１１に第６図に示し
たような回路を用いることによつて実施できる。
すなわち、発振回路を作動させずにスイツチ１３
をａ接点にオンすれば、現像剤搬送担体５１に直
流電圧が印加され、二次コイルの可動短絡接点１
４が図示の完全短絡位置に接続されている状態で
発振回路を作動させて可動短絡接点１４を上方に
移動させれば、交流電圧が振幅を次第に増大させ
て重畳されるようになり、交流電圧の振幅が所定
の値に達した位置から可動短絡接点１４を元に戻
すようにすれば交流電圧の振幅は０にまで減衰
し、そしてスイツチ１３をｂ接点にオンすれば現
像剤搬送担体５１へのバイアス電圧の印加は停止
する。なお、二次コイルに可動短絡接点１４を用
いる代りに、発振回路側で交流電圧の振幅を漸
増、減衰させるようにしてもよい。

第４図の例はバイアス電源１１に第７図に示し
たような回路を用いることによつて実施できる。
すなわち、発振回路を作動させずにスイツチ１３
をａ接点にオンすれば、現像剤搬送担体５１に直
流電圧が印加され、整流回路のスイツチ１５をオ
ンした状態で発振回路を作動させれば、直流電圧
に半波整流した交流電圧が重畳され、スイツチ１
５をオフすれば、直流電圧と交流電圧の重畳電圧
が印加され、再びスイツチ１５をオンすれば、直
流電圧に半波整流した交流電圧の重畳した電圧が
印加される状態に戻り、次に発振回路の作動を停
止し、更にスイツチ１３をｂ接点にオンすること
により、第４図のバイアス電圧印加が行われる。

第５図の例はバイアス電源１１に第８図に示し
たような回路を用いることによつて実施できる。
すなわち、整流回路のスイツチ１５をオンし、ス
イツチ１３をｂ接点にオンした状態で発振回路を
作動させ、そしてスイツチ１３をａ接点にオンす
ると、現像剤搬送担体５１に直流電圧と交流電圧
の重畳電圧を整流したパルス状の一方向性極性バ
イアス電圧が印加されるようになり、次にスイツ
チ１５をオフすると、バイアス電圧は直流電圧と
交流電圧の重畳電圧となり、再びスイツチ１５を
オンすると、パルス状のバイアス電圧に戻り、ス
イツチ１３をｂ接点にオンすることによつてバイ
アス電圧の印加が停止する。

第３図乃至第５図の例において、現像剤搬送担
体５１や磁石体５２が回転して現像剤層を搬送す
る時期は、時間帯T_iを含む時時期であれば非帯電
領域が現像域Ａを通過する含んでいてもよいが、
トナーの飛散や徒費を少なくし、画像形成領域が
現像域Ａを通過するときには確実に十分なトナー
を伴う現像剤層が現像域Ａに搬送される状態とな
つているために、時間帯T_vに入つて現像剤搬送
担体５１に振動電圧成分を印加する前の時点で搬
送を開始するのが好ましく、そして搬送の停止も
時間帯T_v′において行うのが好ましい。また、第
３図乃至第５図の例は、連続して複数の画像形成
を行うような場合に、毎回の画像形成毎に行うも
のとすることが好ましいことは勿論であるが、中
間の画像形成の間を時間帯T_iに含めたものとして
もよく、それでもある程度の効果は得られる。

以上、本発明を反転現像の例について述べた
が、記録装置が静電潜像に逆極性（像担持体３の
帯電極性と逆極性）に帯電したトナーを付着させ
るようにしたものであつても本発明は適用し得る
し、静電記録記録法や磁気記録法によるものにも
適用し得る。そして、現像域に予め生じさせる一
方向性電界は、現像剤層からのトナーの移行を助
長する方向のものでも、かぶりを防止するために
移行を抑制する方向のものであつてもよい。ま
た、本発明は非接触現像条件や現像剤に二成分現
像剤を用いる条件によることが好ましいが、それ
に限定されるものでもない。

本発明において、像担持体３上の画像形成領域
が現像域Ａを通過する現像時に現像域Ａに生ぜし
められる振動電界は、鮮明でかぶりのないトナー
像が得られる条件に設定されることは勿論であ
る。すなわち、現像剤搬送担体５１に印加される
直流電圧と交流電圧は、そのような振動電界を与
える条件に決定される。そこで、このようなバイ
アス電圧の決定が容易に行われるためには、現像
剤に抵抗率が10⁸Ωcm以上、特に10¹³Ωcm以上の
絶縁性磁性キヤリヤ粒子とトナー粒子の混合した
二成分現像剤を用いることが好ましい。このよう
なキヤリヤ粒子としては、磁性体粒子を分数含有
した樹脂粒子から成るキヤリヤ粒子が好ましく用
いられる。なお、絶縁性粒子の抵抗率は、粒子を
0.5cm²の断面積を有する容器に入れてタツピング
した後、詰められた粒子上に１Kg／cm²の荷重を掛
け、荷重と底面電極との間に1000V／cmの電界が
生ずる電圧を印加したときの電流値を読み取つて
求められる値である。このときキヤリヤの厚みは
0.2mm程度となるようなキヤリヤ量とした。

現像が解像力よく鮮明に行われるためには、二
成分現像剤のトナー粒子の平均粒径が20μm以下、
特に１〜10μmであることが好ましく、キヤリヤ
粒子の平均粒径も５〜50μmであることが好まし
い。これら粒子の平均粒径は重量平均粒径で、コ
ールタカウンタ（コールタ社製）やオムニコンア
ルフア（ボシユロム社製）で測定される。このト
ナー粒子の平均粒径が小さくなり過ぎると、トナ
ー粒子１個の摩擦による帯電量が小さくなるのと
相対的にフアンデルワールス力が大きくなつて、
凝集し易くなつたり、分離飛翔しにくくなつたり
するし、反対に平均粒径が大きくなり過ぎると、
重畳に対する帯電量が減少して飛翔制御がしにく
くなつたり、解像力が低下するようになる。ま
た、キヤリヤ粒子の平均粒径が小さくなり過ぎる
と、磁石体５２の磁力によつて吸着される力が弱
くなるのに対して電気的なクーロン力やフアンデ
ルワールス力が強くなり、そのためにキヤリヤ粒
子がトナー粒子と共に像担持体３の表面に移行し
易くなるし、反対に平均粒径が大きくなり過ぎる
と現像剤搬送担体５１上に形成される現像剤層が
粗雑になつて、現像剤層を薄く均一に形成するこ
とが難しくなると共に、現像剤層におけるトナー
粒子の付着状態も一様でなくなり、現像剤搬送担
体５１に印加する電圧のブレークダウンや放電も
起り易くなる結果、トナー粒子の移行飛翔制御が
難しくなる。

さらに、現像剤搬送担体５１にバイアス電圧を
印加してトナーの飛翔制御が効果的に行われるた
めには、像担持体３と現像剤搬送担体５１の間隙
を数10〜200μmの範囲とし、従つて層厚規制ブレ
ード５４によつて規制する現像剤層の層厚をそれ
より薄くするのが好ましい。この現像域の間隙を
狭くし過ぎると、現像剤層の厚さを極めて薄くし
なければならず、それでは均一な層厚が得られな
くなり、したがつて現像域に安定してトナー粒子
を供給することができなくなるばかりでなく、現
像剤搬送担体５１と像担持体３の間で放電し易く
なつて現像剤を損傷したり、トナー粒子を飛散さ
せたりし易くなる。これに対して、現像域の間隔
を広くし過ぎると振動電界によるトナーの飛翔制
御が困難になる。

以上述べたような好ましい条件で現像を行い、
そして現像時に現像剤搬送担体５１に印加してい
たバイアス電圧を第３図乃至第５図に示したよう
に変化させて画像形成を行うようにすると、再現
性に優れたかぶりのない鮮明な記録画像が得られ
て、トナーの徒費や飛散も少なく、電力の消費も
節減される。

以下、さらに本発明のより具体的な実施例を示
す。

実施例 １ 像露光がスリツト露光装置によつて行われる以
外は第１図と同様な構成の電子写真複写機を用い
た。

像担持体３は、表面に有機光導電体OPCから
成る像形成層を有し、120mm／secの表面速度で矢
印方向に回転して、帯電器４により−500Vに一
様帯電され、像露光を入射されて、表面に−50V
の背景部電位に対して−500Vの静電潜像を形成
される。現像域Ａの像担持体３と現像剤搬送担体
５１の間隙700μm、現像剤搬送担体５１の外径30
mm、左方向回転数65rpm、磁石体５２は磁束密度
900ガウスのＮ，Ｓ磁極８極を周方向に等間隔に
有し、矢印方向に700rpmで回転する。現像剤溜
り５３の現像剤は、重畳平均粒径が30μm程度の
樹脂中に磁性体粉末を分散含有した比抵抗が10¹⁶
Ωcmの絶縁性キヤリヤと、重畳平均粒径が14μm
で正に20μC／ｇ程度に帯電する絶縁性非磁性ト
ナーの混合した二成分現像剤とし、現像剤搬送担
体５１上に形成する現像剤層の層厚を層厚規制ブ
レード５４によつて約500μmに規制する。現像剤
搬送担体５１にはバイアス電源１１によつて、帯
電器４による像担持体３の帯電と同時に−150V
の直流電圧を印加し、像露光と同時に0.1秒で交
流成分を連続的に昇圧して、静電潜像が現像域Ａ
に到達する前に−150Vの直流電圧と2kHz，1kV
の交流電圧の重畳したバイアス電圧が印加され、
この条件で現像が行われて、静電潜像が現像域Ａ
を通過し終えたら交流成分を0.1秒で０に減衰さ
せ、それから１秒後に直流成分も０とした。な
お、現像剤搬送担体５１と磁石体５２の回転は、
直流電圧を印加してから交流成分を印加する前ま
での間に開始し、直流成分を０とすると同時に停
止した。現像されたトナー像は、転写器６によつ
て普通紙に転写し、表面温度140℃のローラ定着
装置８によつて定着する。

以上によつて得られた記録画像は、再現性に優
れてかぶりなく、濃度の高いきわめて鮮明なもの
であつた。そして、５万枚の普通紙に記録を行つ
たが最初から最後まで安定して変らない記録画像
を得ることができ、現像装置５と像担持体３の間
隙からトナーが飛散することもなく、クリーニン
グ装置１０に回収されるトナーの量も少なく、電
力消費も少なかつた。

これに対して、同じ直流電圧と交流電圧の重畳
したバイアス電圧を現像剤搬送担体５１にいきな
り帯電器４による像担持体３の帯電と同時に印加
するようにした場合は、トナーの飛散が著しくて
１万枚の記録を行うのが限度であり、また、クリ
ーニング装置に回収されるトナーの量も多くなつ
た。

なお、現像時現像剤搬送担体５１に印加するバ
イアス電圧の交流電圧成分としては周波数100〜
10000Hz、好ましくは1000〜50000Hz、実効値振幅
200〜5000Vで像形成体３との間に実効値で300〜
5000V／mmの電界強さを生ぜしめるようなものが
好ましく用いられ、波形は、正弦波に限らず、矩
形波や三角波であつてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の画像形成方法によれば、トナーが飛散
したり徒費したりすることなく、かぶりのない鮮
明な記録画像を得ることができ、電力消費も節約
される。

なお、本発明において、現像域に振動電界を生
ぜしめるのは、現像剤搬送担体にバイアス電圧を
印加する例に限らず、現像剤搬送担体と像担持体
との間に電極ワイヤや電極ネツト等を張設して、
それにバイアス電圧を印加することによつてもよ
い。また、本発明を磁気潜像の現像に適用するの
は、現像剤に磁性トナーを用いるようにすればよ
い。本発明は感光体表面に絶縁層を有する画像形
成法にも適用し得ることは勿論である。また複数
個の現像装置を有するカラー画像記録装置及びト
ナー像を像担持体上で重ね合わせる画像記録装置
（特願58−184381、同58−183152、同58−187000）
にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する記録装置の例
を示す概要構成図、第２図は現像装置の例を示す
部分図、第３図乃至第５図はそれぞれ現像スリー
ブに印加するバイアス電圧の例を示すタイムチヤ
ート、第６図乃至第８図は第３図乃至第５図に示
したバイアス電圧を印加するバイアス電源の構成
例を示す回路図である。 ３……像担持体、４……帯電器、５……現像装
置、５１……現像剤搬送担体、５２……磁石体、
５３……現像剤溜り、５４……層厚規制ブレー
ド、Ａ……現像域、１１……バイアス電源、T₀，
T₀′……非帯電領域通過時間帯、T_v，T_v′……非
画像帯電領域通過時間帯、T_i……画像形成領域通
過時間帯。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 回動する像担持体と現像剤搬送担体とが対向
   する現像域に振動電界を生ぜしめて像担持体上の
   潜像をトナー像に現像する画像形成方法におい
   て、像担持体上の潜像が現像域に達する前に予め
   現像域に一方向性電界を生ぜしめてから該電界を
   連続的または段階的に前記振動電界に変化させ、
   しかる後に像担持体上の潜像を現像域に通過させ
   るようにしたことを特徴とする画像形成方法。 ２ 前記一方向性電界を生ぜしめた後振動電界に
   変化させる前の時点で現像剤搬送担体の現像剤を
   搬送する駆動を開始させるようにした特許請求の
   範囲第１項記載の画像形成方法。