JPH0473957B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜技術分野＞ この発明は現像剤として非磁性１成分現像剤を
使用する現像装置に関する。

＜従来技術とその欠点＞ 非磁性１成分現像剤は２成分現像剤に比較して
次のような利点がある。

(a) 非磁性 ２成分現像剤ではトナーが磁性を有していなけ
ればならないが、このためにトナーを構成する樹
脂内にカラー化することが困難な鉄粉等を混入し
なければならない。従つて２成分現像剤では充分
なカラー対応が困難である。これに対して非磁性
であると鉄粉等を混入する必要がなく樹脂だけで
構成することができるためカラー化が極めて容易
となる。

また２成分現像剤ではトナーの樹脂内に混在し
ている鉄粉等が転写性能を左右し、転写部での環
境依存性を大きくするという不都合がある。これ
に対して現像剤が非磁性であると鉄粉等を混入し
ていないために転写部での環境依存性が極めて小
さくなる利点がある。

(b) １成分 現像剤が１成分であるとキヤリアが不要となり
現像機構が極めて簡単化する。またこれによつて
複写機の小型化設計が可能となりメンテナンスフ
リーも実現することが容易となる。

以上のように非磁性１成分現像剤の利点は２成
分現像剤に比べて明らかであるが、従来のこの非
磁性１成分現像剤を用いた現像方式は、いわゆる
タツチダウン現像方式と呼ばれ、ゴムローラやベ
ルト等の弾性体上に静電気的、機械的または粘着
的に摩擦帯電された現像剤（以下本明細書では非
磁性１成分現像剤を単にトナーという）を保持
し、これを感光体に圧接し現像する方式であつ
た。しかしこの方式では、接触圧接現像方式であ
るためカブリが生じ易く、またトナー飛散が多く
なつて複写機等へ採用することは技術的に非常に
困難である欠点がある。

そこで上記のトナーを非接触で感光体ドラム表
面上に付着させる現像方法が提案されている。特
公昭58−32375号に開示されている現像方法はこ
の非接触の現像方法の一例である。この現像方法
は、感光体ドラム表面とトナー担持体とを対向さ
せ、感光体ドラムとトナー担持体との間に交番電
界を印加してトナーの転移、逆転移の差によつて
現像をしようとする方法である。この現像方法に
よれば、弾性体を使用する方法に比べてトナー自
身を感光体ドラム表面に圧接する必要がないため
に、トナーのカブリ現像等が生じにくいという利
点がある。

しかしながら上記の現像方法では、トナーが担
持体上に保持される担持力が、もともと不安定な
フアンデルワールス力やトナー相互の粘着力等に
よつているために、トナー担持体と感光体ドラム
表面間のトナーの飛翔状態が極めて不安定とな
る。このため静電潜像の再現性において問題があ
つた。

＜発明の目的＞ この発明の目的は、トナーを霧状（ミスト状）
に保持することによつてトナー同志の粘着力やフ
アンデルワールス力が作用しない状態にし、それ
によつて静電潜像が忠実に再現できる非磁性１成
分現像剤を使用した現像方法および現像装置を提
供することにある。

＜発明の構成＞ 非磁性１成分現像剤を摩擦帯電しながら搬送す
る現像剤搬送路と、感光体ドラムに対向して配置
され少なくとも感光体ドラム表面に対向する部分
に多数の小孔を有する現像剤通路が形成されると
ともに、前記現像剤搬送路で搬送されてきた現像
剤を内部で霧状に撹拌して自由状態にする中空円
筒管と、この中空円筒管と感光体ドラム表面間に
配置され交番電圧の印加されたスクリーングリツ
ドとを備え、前記中空円筒管には、感光体ドラム
表面の背景部電圧と画像部電位の間の大きさに設
定されたバイアス電圧が印加されていることを特
徴とする。

第１図はこの発明の原理を説明する図である。

非磁性１成分現像剤であるトナー１は正または
負のいずれかの一方の極性に帯電されるがここで
では正に帯電されているものとする。この場合感
光体２の静電潜像はマイナスに帯電される。正に
帯電されたトナー１は感光体ドラム２の表面に対
向する特定の空間部３でミスト状（霧状）に保持
される。この場合トナー３が外方に飛散しないよ
うに一定の形状の容器４が使用される。容器４の
感光体ドラム表面に対向する部分にはトナー１が
通過するためのトナー通路４ａが複数個形成され
ている。この状態で空間部３に保持されているト
ナー１と感光体ドラム表面との間に交番電界５が
印加される。また、図示はしていないが、容器４
には、感光体表面の背景部電位と画像部電位間に
設定されたバイアス電圧が印加されている。

以上の構成で正に帯電されたトナー１は空間部
３においてミスト状に保持されており、そのミス
ト状のトナー１は交番電界５によつて容器４の通
路４ａを介して飛翔運動する。このとき容器４に
は背景部電位と画像部電位間バイアス電圧が印加
されているために、感光体ドラム表面上の画像部
に対して、飛翔運動しているトナーのうちその画
像部の直上にあるトナーは吸引力によつて感光体
ドラム表面に吸引され付着する。このような動作
によつて空間部３に保持されているトナー１によ
る現像を行うことができる。

第２図はこの発明に係る現像装置の構成を示し
ている。

トナーホツパ１０内のトナー１はトナー搬送路
１１によつて中空円筒管１２まで搬送される。ト
ナー搬送路１１にはトナーとの摩擦によつてトナ
ーをマイナスに帯電させる撹拌部材１３が配置さ
れ、また中空円筒管１２内にもトナーをミスト状
に撹拌する撹拌部材１４が配置されている。中空
円筒管１２の感光体ドラム表面に対向する部分に
はトナー１が通過するトナー通路１２ａが複数個
設けられトナー１はこの通路１２ａを通して感光
体ドラム表面に達することができる。さらに感光
体ドラム表面と前記中空円筒管１２との間には交
流電圧１６の印加されたスクリーングリツド１５
が配置されている。

上記の構成で非磁性で且つ１成分のトナー１は
トナー搬送路１１内において撹拌部材１３によつ
て撹拌され正に帯電される。正に帯電されたトナ
ー１は中空円筒管１２内に搬送されるが、この中
空円筒管１２内でさらに撹拌部材１４によつて撹
拌されてミスト状となる。このミスト状となつた
トナー１は中空円筒管１２内で自由な状態にある
ため電気的な引力が作用する方向に移動する。こ
の状態でスクリーングリツド１５に交流電圧１６
が印加されているため、正に帯電されたトナー１
は中空円筒管１２のトナー通路１２ａを通してこ
の付近で飛翔運動を行う。この飛翔運動を行つて
いるトナーのうち感光体ドラム２のマイナス電荷
に対向する位置にあるものは、そのマイナス電荷
にひかれて飛翔運動をしている領域を抜け出し感
光体ドラム表面へと達しその位置に付着する。

＜発明の効果＞ 以上のようにこの発明によれば、正または負の
いずれか一方の極性に帯電されたトナーが感光体
ドラム表面に対向する特定の空間部でミスト状に
保持されており、その空間部と感光体ドラム表面
間に交番電界を印加することによつてトナーを飛
翔運動させ、感光体ドラム表面上の電荷に対向す
るトナーのみをその飛翔運動から抜け出させて現
像に寄与するようにしたために、 現像は安定的で、静電潜像が忠実に再現される
という利点がある。即ちミスト状にあつて飛翔運
動をしている自由な状態のトナーの中から、静電
気的にトナーを引きつけて現像するようにしてい
るために、トナー相互の吸着力やトナーと担持体
との間に生じるフアンデルワールス力等を全く考
える必要がなく、それらの力による影響を完全に
無くすことができ、電気的な吸引力のみによる理
想的な現像を行うことが可能となる。

またトナーは中空円筒管の空間部に保持されて
いるために外部に飛散するということがない。

また、トナーは多数の小孔を有する現像剤通路
を通つて感光体ドラムに達する構成であるため、
トナー飛散が生じにくく、非画像部にトナーが付
着することも防止できる。

＜実施例＞ この発明に係る現像方法および現像装置を電子
写真複写機に適応した実施例について説明する。

第３図は現像装置の構成図を示し、第４図は感
光体ドラムを含む電子写真プロセス部の正面構成
図を示している。

トナーホツパ１０にはトナー搬送路１１が連接
されている。このトナー搬送路１１内には回転軸
１３ｃにトナー搬送板１３ａが傾斜して取り付け
られ、さらにこの回転軸１３ｃにフアーブラシ１
３ｂが上記トナー搬送板１３ａの間に取り付けら
れている。このトナー搬送板１３ａ、フアーブラ
シ１３ｂおよび回転軸１３ｃが第２図に示す撹拌
部材１３に対応している。トナー搬送板１３ａは
トナー１を撹拌するとともに矢印Ａ方向に搬送
し、フアーブラシ１３ｂはトナー１との摩擦によ
つてトナー１を正の極性に帯電する。

前記トナー搬送路１１の端部には中空円筒管１
２が接続されている。この中空円筒管１２はニツ
ケルの非磁性材料からなり、回転駆動されるとと
もに、その全周にトナー通路となる複数の小孔１
２ｂが形成されている。この小孔１２ｂは５〜
20μmの大きさに設定されている。中空円筒管１
２内には前記回転軸１３ｃに結合した回転軸１２
ｃが配置されている。この回転軸１２ｃにはトナ
ーを撹拌するためのトナー撹拌板１２ｄおよびフ
アーブラシ１２ｅが取り付けられている。トナー
撹拌板１２ｄはフアーブラシ１２ｅとの共同作業
によつて、トナー搬送路１１によつて中空円筒管
１２内に搬送されてきたトナーをミスト状にする
とともにトナー１を充分に帯電し帯電量を飽和域
に持つていく。

本実施例の現像装置では、前記中空円筒管１２
に対して−250Vの現像バイアスを印加している。
後述するようにこの現像バイアスは感光体ドラム
表面の背景部電位と画像部電位との間に設定され
る。さらに本実施例では、中空円筒管１２の外周
で且つ感光体ドラムに対向してない側に断面が半
円状のAl電極１６が配設されている。このAl電
極１６にはトナー１の帯電極性と逆極性の電圧−
100Vが印加されている。

前記中空円筒管１２と感光体ドラム２との間に
はスクリーングリツド１５が配設され、このスク
リーングリツド１５には直流バイアス１７が重畳
された交流電圧１８が印加されている。この交流
電圧１８の大きさは1500Vに設定され、直流バイ
アス１７は−150Vに設定されている。

前記中空円筒管１２内にはトナー搬送路１１の
出口付近に中空円筒管内のトナー量を検出するト
ナーセンサ２０が配置されている。このトナーセ
ンサ２０は微小圧力センサで構成され、中空円筒
管内におけるトナーの衝撃圧を検出し中空円筒管
内のトナー量を知る。トナー検知センサ２０の出
力は信号系処理部２１によつて取りこまれ、制御
回路２２に送られる。２２では所定の基準値とト
ナー検知センサ２０との出力とを比較し、中空円
筒管１２内のトナー量が常に一定の量となるよう
にトナー補給の駆動系２３を制御する。なおトナ
ーホツパ１０へのトナー補給機構は公知のものを
使用することができる。

第４図において感光体ドラム２の周囲にはフア
ースト帯電器３０、上記の現像装置３１、転写器
３２、剥離器３３、クリーニングブレード３４、
および除電ランプ３５がこの順に配設されてい
る。図のＰ点は露光点を示し、図外の光学系によ
つてこの位置で静電潜像が形成されていく。なお
Ｂは転写紙の移動する経路を示している。

以上の構成で中空円筒管１２には−250Vの現
像バイアス電圧が印加され、Al電極１６には−
100Vの電圧が印加され、スクリーングリツド１
５には−1500sinωt−150Vの交流電圧が印加され
る。また感光体ドラム表面に形成される静電潜像
は画像部が−700V、背景部が−100Vに設定され
る。

以上の電圧配分によつて、中空円筒管１２内で
はトナー１が電気的に保持されるとともに、その
電気的な引力がトナーと感光体ドラム表面との静
電気的な引力よりも小さくなる。即ち中空円筒管
１２内ではトナー１がミスト状に且つ電気的に保
持されることになる。またAl電極１６にはトナ
ー１の帯電極極との反対の極性−100Vが印加さ
れているため、トナー１が小孔１２ｂを介して感
光体ドラムと反対側から外部へ飛散することが防
止される。またスクリーングリツド１５に−
1500sinωt−150Vの交流電圧が印加されているた
めに、ミスト状に且つ電気的に保持されているト
ナー１は中空円筒管の小孔１２ｂを通過孔として
その付近で飛翔運動を行う。さらにその飛翔運動
を行つているところに感光体ドラム２の静電潜像
部がすると、−700Vに設定されている画像部上方
にあるトナーがその飛翔運動を抜け出して感光体
表面に付着する。

以上の現像装置の動作をさらに詳細に説明す
る。

トナー補給ホツパ１２へ補給されたトナー１は
非磁性で且つ１成分の樹脂等から構成される現像
剤であり、補給前には帯電されていない。このト
ナー１が補給ホツパ１０に供給されるとトナー搬
送路１３ａによつて撹拌されつつ矢印Ａ方向に搬
送されていく。またその間フアーブラシ１３ｂに
よつて正の極性に摩擦帯電される。トナー搬送路
１１によつて中空円筒管１２内まで搬送されたト
ナー１は、その時点でかなり帯電されているが中
空円筒管１２内のトナー撹拌板１２ｄおよびフア
ーブラシ１２ｅによつてさらに撹拌され、帯電量
が飽和域になる。この結果中空円筒管１２内では
トナー１は安定した飽和帯電トナーとなる。さら
にこの中空円筒管１２内ではトナー撹拌板１２ｄ
およびフアーブラシ１２ｅが回転することによつ
てミスト状となり、トナー１は中空円筒管１２内
でその円筒管内壁に付着することなく漂つている
状態となる。このとき中空円筒管１２ｂには現像
バイアス電圧−250Vが印加されているためトナ
ー１は中空円筒管内において電気的に保持された
状態となる。なおフアーブラシ１２ｅおよびトナ
ー撹拌板１２ｄが中空円筒管１２内で回転を続け
ているためにトナー１はこの閉ざされた空間にお
いて常に撹拌されており、その結果中空円筒管１
２に対して−250Vの電圧が印加されていてもそ
の電圧によつてトナーが内壁に付着することがな
い。

中空円筒管１２には複数の小孔１２ｂが設けら
れているがこの大きさは５〜20μmに設定されて
いるために、これ以上の大きさを有する重いトナ
ーあるいは相互に付着したトナー等はこの小孔１
２ｂを通過して感光体ドラム表面に達することが
ない。前述したような中空円筒管１２と感光体ド
ラム２との間には−1500sinωt−150Vの交流電圧
の印加されたスクリーングリツド１５が配置され
ているため、中空円筒管１２内でミスト状に漂つ
ているトナー１は小孔１２ｂおよびスクリーング
リツド１５の付近で飛翔運動を行う。そしてスク
リーングリツドの位置に静電潜像が到達するとそ
の潜像の内の画像部（−700V）の直上付近にあ
るトナーのみが飛翔運動領域を飛び出し、感光体
ドラム表面上に到達して付着する。このとき背景
部（−100V）直上のトナーは静電気力に基づく
吸引力が小さいために飛翔運動領域から飛び出す
ことができない。このような動作が繰り返し行わ
れる結果、飛翔運動をしているトナーから選択的
にトナーが飛び出して静電潜像の内の画像部に付
着していくことになる。

第５図は以上の現像装置の現像モデル図を示し
ている。図示するように現像バイアス電圧（−
250V）は背景部電位（−100V）と画像部電位
（−700V）の間に設定してあるため、中空円筒管
１２内のトナー１は飛翔運動領域から背景部電位
の領域に到達することなく、また画像部電位の領
域には飛翔領域を超えて確実に到達して付着す
る。

前記中空円筒管１２内ではトナー検知センサ２
０がそのセンサに対するトナー１の衝撃圧を検出
して中空円筒管１２内のトナー量を検知する。そ
のセンサ出力は信号系処理部２１を介して制御回
路２２に送られる。制御回路２２ではトナー検知
センサ２０の出力と基準値とを比較し、その比較
結果によつてトナー補給の駆動系２３を制御し、
中空円筒管１２内のトナー量が一定となるように
トナー補給ホツパ１２内にトナーを補給する。こ
のような制御によつて、トナー搬送路１１および
中空円筒管１２内に存在するトナーは常に一定の
密度によつてミスト状に保持されており、トナー
消費量に応じて駆動系２３が駆動され自動的にト
ナー補給が行われていく。

なお中空円筒管１２の厚さは本実施例において
は約50μmに設定され、感光体ドラム２と中空円
筒管１２は図の矢印方向に回転駆動される。

本実施例においてはトナー１が通過する通路を
構成する小孔１２ｂの大きさが５〜20μmに設定
されているため、それ以上の大きさを有する体積
の大きい且つ重いトナーがこの小孔を通過して現
像に寄与することがない。このため、静電潜像の
忠実な再現性と現像の安定性を一層向上できる利
点がある。またトナー１には非磁性のものを使用
しているために鉄分等を含まない樹脂だけで構成
することができ、製造が容易であるとともにカラ
ー化が可能で、しかも転写部での環境依存性が少
ない利点も勿論備えている。

なお本実施例では撹拌部材としてフアーブラシ
およびトナー撹拌板とトナー搬送板を使用した
が、勿論これ以外のものであつてもよい。また中
空円筒管を回転駆動するようにしているが固定し
てもよい。この場合には小孔１２ｂを感光体ドラ
ム表面に対向する部分のみに形成すればよく、ま
たAl電極１６を設けてなくてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る現像方法の原理を説明
する図である。また第２図はこの発明に係る現像
装置の構成の一例を示す図である。また第３図〜
第５図はこの発明の実施例を示し、第３図は現像
装置の構成図、第４図は同現像装置を使用した複
写プロセス部の正面概略構成図、第５図は現像モ
デル図を示している。 １……トナー（非磁性１成分現像剤）、２……
感光体ドラム、３……空間部、５……交流電源、
４ａ……通路、１２……中空円筒管、１３，１４
……撹拌部材、１５……スクリーングリツド。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非磁性１成分現像剤を摩擦帯電しながら搬送
   する現像剤搬送路と、感光体ドラムに対向して配
   置され少なくとも感光体ドラム表面に対向する部
   分に多数の小孔を有する現像剤通路が形成される
   とともに、前記現像剤搬送路で搬送されてきた現
   像剤を内部で霧状に撹拌して自由状態にする中空
   円筒管と、この中空円筒管と感光体ドラム表面間
   に配置され交番電圧の印加されたスクリーングリ
   ツドとを備え、前記中空円筒管には、感光体ドラ
   ム表面の背景部電圧と画像部電位の間の大きさに
   設定されたバイアス電圧が印加されていることを
   特徴とする、非磁性１成分現像剤を使用した現像
   装置。