JPH0497177A - 一成分現像装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電子写真複写機、レーザープリンタ等の各種
記録装置において、−成分系現像剤を用いて静電潜像の
現像を行なう一成分坦像装置に関する。

［従来の技術］ 潜像担持体上に形成された静電潜像を現像し可視像を形
成する現像装置としては、使用する現像剤の種別等に応
じ、従来より各種タイプが提案されている。

このうち、トナーのみからなる一成分現像剤を使用する
現像装置としては、例えば、第１図に示すものが知られ
ている。

第１図は、−成分系磁性トナー１０を現像剤として用い
る一成分現像装置を示してあり、磁性トナー１０を収容
するホッパー１と、回動自在な円筒状スリーブ２１内に
複数の磁極を着磁したマグネットロール２２を固定配置
し、磁力により磁性トナー１０をスリーブ２１上に吸着
する現像剤担持体２　（以下、現像ロール）と、この現
像ロール２に圧接して現像領域へ搬出される磁性トナー
１０を所定の層厚に薄層化する現像剤規制部材３とから
構成されている。

このように構成された一成分現像装置において、ホッパ
ー１内に収容された磁性トナー１０は、先ず、回動する
スリーブ２１上に担持され、次いで、磁性トナー１０の
搬送経路途中に位置する現像剤規制部材３でスリーブ２
１へのトナー付着量が０．５乃至２．０ｍ’ｊ／ｃｔｔ
＋となるように薄層化された後、静電潜像担持体４に面
した現像領域へ搬送される。尚、搬送される磁性トナー
１０は、ホッパー１内における現像ロール２どの摺擦及
びスリーブ２１上にあける現像剤規制部材３との摺擦に
よつ°て、所定の電荷を帯びている。スリーブ２１には
、正弦波形の交流電圧を出力する交流高圧電源５及び直
流電源６が接続されており、静電潜像担持体４と現像ロ
ール２との間に形成する電界により帯電しているトナー
１０を静電潜像担持体４に向は飛翔させ、静電潜像７に
対応したトナー像８を形成する仕組みとなっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、この様に磁性トナーを用いる一成分現像装置
においては、現像領域に対して現像ロールに内包された
マグネットロールの磁力が作用するので、現像ロールか
ら静電潜像担持体へ飛翔したトナーが当該担持体上で磁
力線に沿ってチェーン状に連なる所謂トナーチェーンが
発生し易い。

このトナーチェーンはトナー像を記録シートに転写した
際に、例えば第１３図（Ａ）に示すようにトナー像端部
に多数のスジが発生する所謂尾引き″となって現れたり
、転写工程で飛び散って第１３図ＣＢ）に示すような所
謂″′ブラー″となって現れ、転写画像に画像欠陥を生
じさせるという問題点があった。

本発明はこの様な問題点に鑑みなされたものであり、そ
の目的とするところは、現像領域におけるトナーチェー
ンの形成を防止し、高品位な記録画像を得ることが可能
な一成分現像装置を提供することにおる。

［課題を解決するための手段］ ここで、正弦波形を有する直流重畳交流電圧を現像バイ
アス電圧として印加した場合に、トナーチェーンが形成
される現象について更に詳細に説明する。

前述したようにスリーブ上に薄層化されたトナーは現像
バイアス電圧に基づく交番電界によって静電潜像担持体
へと飛翔するのであるが、この際トナーは直線的に静電
潜像担持体へと飛翔するのではない。すなわち、交番電
界の形成方向の変化に伴ない現像ロールと静電潜像担持
体との間で往復泳動し、最終的に静電潜像担持体に付着
するのである。このため、第３図に破線で示すような正
弦波形を有する現像バイアス電圧を印加すると（以下、
従来例）、トナーは静電潜像担持体側あるいは現像ロー
ル側へ交互に同じように吸引されるので、トナー１０は
第４図に示すように現像ロール２と静電潜像担持体４と
の略中央付近を大きく泳動する。そして、トナー１０は
電界の影響の小さくなったところで静電潜像７の電位に
のみ吸引されて静電潜像担持体４に付着するのである。

そのため、付着したトナー１０は電界の影響より磁界（
第４図中に破線で示す）の影響を強く受け、磁力線に沿
ってチェーン状に連なると考えられる。

本願発明者らはこの様な現象を踏まえて実験・検討を重
ねた結果、トナーを静電潜像担持体側へ吸引する電界の
立上がり速度をトナーを現像ロール側へ吸引する電界の
立下がり速度より速くした場合に、トナーチェーンの形
成が抑制されることを見出だした。以下、この現象につ
いて、第３図に実線で示した波形を有する現像バイアス
電圧を例に挙げて説明する。尚、第３図に示した現像バ
イアス電圧は、トナーが正帯電している場合の例を示す
ものであり、プラス電位の時にトナーには静電潜像担持
体側への吸引力が、マイナス電位の時に現像ロール側へ
の吸引力が作用している。又、第３図では簡略化のため
直流成分の電圧をＯＶとしている。

スリーブ上に薄層化されたトナーは、現像バイアス電圧
がある値ＬＦを越えたとき、スリーブに対する付着力に
打ち勝って静電潜像担持体側へ飛翔を開始し、電圧が負
極性に変化するまで静電潜像担持体上に止まろうとする
。この時間をｔｒとする。又、逆に、静電潜像担持体上
のトナーは、現像バイアス電圧がおる値ＬＲを下回った
ときに、静電潜像担持体に対する付着力に打ち勝ってス
リーブ側へ飛翔を開始し、電圧が正極性に変化するまで
スリーブ上に止まろうとする。この時間をｔＲとする。

このように決定したｔ、及びｔＲは第３図のように表す
ことができ、ｔＦがｔＲに比較して大きくなることが理
解される。従って、現像領域におけるトナーの飛翔を考
えると、第４図に示すように、トナー１０は従来例に比
較して静電潜像担持体４表面の近傍で泳動し、°交番電
界が充分に作用している位置で静電潜像７に吸引される
。

それ故、静電゛潜像担持体４に付着したトナー１ｏは磁
界の影響よりも電界の影響を強く受けるため、トナーチ
ェーンの形成が抑止されると考えられる。

次に、本願発明者らは見出だした現像バイアス電圧の効
果を詳細に把握するため、第２図に示すように、トナー
を環像ロール側へ吸引する電圧が最大となる点から静電
潜像担持体側へ吸引する電圧が最大となる点までの時間
をｔＡ、電圧の一周期をＴとし、ｔ、／Ｔを変化させた
際に静電潜像担持体上に形成されるトナーチェーンの長
さがどのように変化するかを調べた。第５図に実験結果
のグラフを示す。この結果によれば、ｔＡ／Ｔが大きく
なるのに伴ないトナーチェーンは長くなり、転写画像の
尾引きやブラーを防止するためには、少なくとも ｔ、／Ｔ≦０．４ ておることが判明した。

すなわち、本発明の一成分現像装置はこの様な過程に基
づいて案出されたものであり、所定の間隙を保って静電
潜像担持体に対向する現像剤担持体と、この現像剤担持
体に現像剤を供給する現像剤供給手段と、上記現像剤担
持体に圧接して現像剤を薄層化する現像剤規制部材とを
備え、上記現像剤担持体に印加される交流電圧により薄
層化された現像剤を上記静電潜像担持体へ飛翔させ、静
電潜像担持体上の静電潜像を現像する一成分現像装置に
おいて、上記交流電圧の波形は、現像剤を上記静電潜像
担持体に付着させない方向に作用する電圧の最大点から
、現像剤を静電潜像担持体に付着させる方向に作用する
電圧の最大点までの時間をｔＡ、交流電圧の周期をＴと
したとき、ｔＡ／Ｔ≦０．４ を満たすよう設定されていることを特徴とするものであ
る。

この様な技術的手段において、上述した本願発明の効果
を十二分に享受するためには、現像領域に搬送されるト
ナーが充分に帯電されていることが必要である。それ故
、本発明では上記トナー量規制部材を回動する現像ロー
ルの外゛周面に圧接させ、現像剤の帯電量の増加を図っ
ている。尚、後述する比較例において、帯電量が不十分
な場合の現象について説明する。

［作　用］ 上述のように波形が規定された交流電圧を現像バイアス
電圧として印加することにより、静電潜像に付着したト
ナーがチェーン状に連なる、所謂トナーチェーンの形成
が抑止される。

［実施例］ 以下、添付図面に基づいて本発明の一成分現像装置を詳
細に説明する。

◎第−実施例 本実施例は正帯電系の磁性トナーを現像剤として使用す
る一成分現像装置に本発明を適用したものであり、外観
構成は第１図に示す従来の一成分瑛＠装置と同一である
。すなわち、静電潜像担持体４に対向配置された現像ロ
ール２と、先端部が上記現像ロール２に圧接するよう配
設された現像剤規制部材３とから構成され、これらが磁
性トナー１０を収容するホッパー１内に配設されている
。

又、現像ロール２には現像バイアス電圧を印加するため
の交流高圧電源５と直流電源６が接続されている。

上記現像ロール２は、極性及び磁力の異なる複数の磁極
（Ｎ・・・、Ｓ・・・）が着磁され、ケーシング（図示
せず）に固定支持されたマグネット口−ル２２と、この
マグネットロール２２の周囲を回動する円筒状スリーブ
２１とからなり、スリーブ２１の回動に伴って磁性トナ
ー１０の吸着、搬送、及びスリーブ２１からの解放がマ
グネットロール２２の磁気パターンに応じて行われるよ
うになっている。尚、この実施例において上記スリーブ
２１は、非抵抗値４、２Ｘ　１０１０Ω’　ｃｍのフェ
ノール樹脂を肉厚１．０ｍｍの円筒状に成形し、その表
面をＪＩＳの１０点平均粗さでＲＺ＝　４．３μｍとな
るよう長手方向に研磨した反導電性スリーブを用いた。

又、上記ホッパー１は、現像ロール２の下方から側方を
覆うように配設されており、収容した磁性トナー１０が
現像ロール２背面側に堆積して、現像領域通過後のスリ
ーブ２１表面に対し連続的に磁性トナー１０を供給でき
る構造となっている。尚、本実施例においてこのホッパ
ー１内に収容される磁性トナー１０としては、磁性粉を
５０重量％含んだものを使用している。

一方、上記現像剤規制部材３は、厚さ０．１＃の非磁性
ステンレス（ＳＬＩＳ３０４３／４＋１材）からなるバ
ネ板部材３１の先端に、ゴム硬度５０°厚ざ１ｍｍのシ
リコンゴムからなる軟弾性部材３２を飛流接着して構成
されている。そして、当該規制部材３は自出端の方向が
上記スリーブ２１の回転方向と対向するように、且つ、
軟弾性部材３２がスリーブ２１に１００ｇ／ｃｍの線圧
で当接するようにホルダー９に支持されている。尚、実
測してみたところ、この規制部材３て薄層化された磁性
トナー１０のスリーブ２１に対する付着母は１．０ｍｇ
／ａｔｒであった。

本実施例において特徴的なことは、上記交流高圧電源５
及び直流電源６によってスリーブ２１に印加される現像
バイアス電圧の波形でおる。この直流重畳交流電圧は、
第２図に示すような波形を有しており、周波数ｆ’＝　
２．４ｋＨｚ　、ピーク・ツー・ピーク電圧Ｖ　ｐｐｍ
　２ｋＶ、直流成分−３００■、最少電圧から最大電圧
に変化するまでの時間ｔＡか周期下に対して１／６に設
定されている。

本願発明者らは、以上のように構成された本実施例の一
成分現像装置の性能を確認すべく、当該装置を複写機内
に配設してコピーを採取する実験を行なった。実験に用
いた静電潜像担持体４は、負帯電系の有機感光体からる
表面を有する光導電性ドラムであり、帯電器（図示せず
）で外周面を所定の電位（例えば−６００Ｖ、）に−様
に帯電した後、露光によって背景部の電位を所定の電位
（例えば−２００Ｖ）まで低下させて静電潜像７を形成
している。そして、上記静電潜像担持体４と現像ロール
２のスリーブ２１との間隙が２３０μｍとなるように現
像装置を複写機内に配設した。

以上の条件の下にコピーを採取したところ、尾びき″や
″ブラー″のない非常に鮮明な画像が得られた。又、静
電潜像担持体４に形成されたトナーチェーンの長さを、
従来の現像バイアス電圧（第３図破線）を印加した場合
と比較したところ、本実施例により形成されたトナーチ
ェーンは極めて短いことが判明した。

更に、本願発明者らは、現像ロール２と静電潜像担持体
４との間隙０が上述した電圧波形のピーク・ツー・ピー
ク電圧ＶＰＰとどのような関係にあるかを調べるため、
電圧ＶＰ、と間隙Ωを変化させて現像の良好性を調べた
。結果は、現像画像の地かふり、現像バイアス電圧のリ
ーク、画像濃度の不良等が発生した場合をＸ印、良好な
画像が得られた場合をＱ印として評価した。第６図に結
果をホす。

この結果によれば、任意の間隙ｑに対して電圧ＶＰＰ（
ｋＶ）か、 ２．５０＋０．７５≦ＶＰＰ≦５ｇ＋２．０の関係にあ
れば良好な画像か得られることが判明した。

次に、上記の電圧ＶＰＰの範囲内において、電圧の周波
数ｆ　（ｋＨｚ）と画像濃度との関係を把握すべく、周
波数ｆを変化させて画像濃度をマクベス濃度計て測定し
た。第７図に結果を示す。

この結果によれば、 １．０（ｋＨｚ）≦ｆ≦６．０（ｋＨｚ）の範囲で略十
分な画像濃度が得られることが判明した。これは、この
式の下限以下では現像ロール２からトナー１０が充分に
飛翔せず、又、上限以上ではトナー１０の飛翔が電界の
変化に追従しないためと考えられる。

◎第二実施例 本実施例は現像剤として負帯電系の磁性トナーを用いる
一成分現像装置に本発明を適用した例を示すものであり
、外観構成は第１図に示す第一実施例の現＠装置と全く
同一である。

但し、負帯電系のトナーで現像を行なうため、現像ロー
ルのスリーブに印加する現像バイアス電圧の波形は、第
８図に示すように、交流成分の正負が第一実施例のもの
と逆転している。すなわち、本実施例の現像バイアス電
圧は、周波数ｆ＝２．４に１］Ｚ、ピーク・ツー・ピー
ク電圧Ｖｐｐ＝　２ｋＶ、直流成分か−２００Ｖとする
と共に、最高電圧から最低電圧に変化する時間をｔＡと
してこれを周期Ｔの１７６に設定している。

又、この現像装置が所定の間隙を保って配設される静電
潜像担持体４は、第一実施例と同様、負帯電系の有機感
光体ドラムであるが、静電潜像７の形成に当っては、担
持体４０表面を一様に帯電した後、露光によって画像部
の電位を低下させて潜像を形成した。このときの画像部
の電位は、例えば−１５０Ｖ、背景部の電位は一４５０
ｖである。

以上のような装置で実際にコピーを採取したところ、第
一実施例と同様に“尾引き″″ブラー″無い鮮明な記録
画像を得ることができた。

又、第一実施例と同一の実験を行なったところ、良好な
画像が得られる電圧ＶＰＰと間隙ｑの関係は、やはり、 ２．５ｇ＋０．７５≦Ｖｐｐ≦５ｇ＋２．０であり、十
分な画像濃度が得られる交流電圧の周波数ｆのし囲も、 １．０（ｋＨｚ）≦ｆ≦６．０（ｋＨ２）であった。

◇比較例 次に、本発明にあけるｉ〜ルナ−規制部材の有効性を確
認すべく、第９図示す現像装置、すなわち、現像ロール
２のスリーブ２１に非接触のトリマーバー１１を用いて
磁性トナー１０を薄層化する現像装置に本発明を適用し
た場合についてトナーチェーンの形成を観察する実験を
行なった。

装置の構成は第一実施例における現像剤規制部材３を上
記トリマーバー１１に置き換えた以外は、第一実施例の
装置と全く同一である。従って、同一の機能を果たす部
材については第９図中に同一の符号を付して説明は省略
する。

実験では第２図に示す波形の現像バイアス電圧を現像ロ
ール２のスリーブ２１に印加し、ｔ、／Ｔを変化させた
場合に静電潜像担持体４に付着するトナーチェーンの長
さがどのように変化するかを観察した。第１（）図に結
果を示す。この結果によれば、比較例の現像装置におい
ては本発明の効果が薄いことが判明した。

この現象はトナーの帯電分布の違いから説明することが
できる。第１１図及び第１２図は、夫々、比較例にあけ
るトナーの帯電分布、本発明におけるトナーの帯電分布
を示すものでおる。これによれば、トリマーバーを用い
る比較例のトナーは平均帯電量が０．７１μＣ／ｇと低
く、帯電不良のトナーを２８重指％も含んでいるのに対
し、現像剤規制部材を用いる本発明のトナーは平均帯電
量が１０．４８μＣ／ｇ、帯電不良のトナーは４重量％
しか含んでいない。すなわち、第−及び第二実施例では
現像剤規制部材か現像ロールに圧接してトナーを薄層化
するので、トナーへの電荷付与能力が高いが、トリマー
バーを用いた比較例ではトナーの帯電をスリーブとの摺
擦にのみ頼っているので、トナーの帯電が充分に行われ
ないのでおる。トナーの電荷が低い場合は当然のことな
がら電界から受ける力も小さい。従って、比較例では本
発明に係る電圧波形の効果も現れ難いと考えられる。以
上のことから、本発明は、現像ロールに圧接して現像剤
を薄層化する現像剤規制部材を備えた現像装置に極めて
有効であることが確認された。

尚、上記各実施例においては、現像ロール２のスリーブ
２１として半導電性スリーブを用いたが、金属等の導電
性のものでも良く、又、スリーブ表面に酸化物、セラミ
ック、樹脂等をコートしたスリーブであっても差支えな
い。

又、現像剤規制部材３の配設方向は、現像ロール２の回
転方向と対向している必要は無く、当該回転方向と順方
向でおっても差支えない。

［発明の効果］ 以上説明してきたように、本発明の一成分現像装置によ
れば、静電潜像の現像時に生じるトナーチェーンの形成
が抑止されるので、尾びきヤ“′ブラー″等の無い高品
位の記録画像を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一成分現像装置の第−実施例を示す概
略図、第２図は第一実施例に係る現像バイアス電圧の波
形を示すグラフ、第３図は本発明の現像バイアス電圧の
作用を説明するグラフ、第４図は現像＠域におけるトナ
ーの飛翔を説明する拡大図、第５図乃至第７図は夫々本
発明の実験結果を示すグラフ、第８図は本発明の第二実
施例の現像バイアス電圧の波形を示すグラフ、第９図は
比較例の一成分現像装置を示す概略図、第１０図は比較
例の実験結果を示すグラフ、第１１図及び第１２図は夫
々比較例又は本発明のトナー帯電分布を示すグラフ、第
１３図（Ａ）及び（８）は夫々従来の現像装置において
発生した記録画像の“尾びき゛又は“′ブラー″を示す
図でおる。 ［符号説明１ ２：現像ロール（現像剤担持体） ３：現像剤規制部材 ４二静電潜像担持体 ５：交流高圧電源　　６：直流電源 ７：静電潜像　　　　８：トナー像 １０：トナー（現像剤）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定の間隙を保って静電潜像担持体に対向する現像剤担
   持体と、この現像剤担持体に現像剤を供給する現像剤供
   給手段と、上記現像剤担持体に圧接して現像剤を薄層化
   する現像剤規制部材とを備え、上記現像剤担持体に印加
   される交流電圧により薄層化された現像剤を上記静電潜
   像担持体へ飛翔させ、静電潜像担持体上の静電潜像を現
   像する一成分現像装置において、上記交流電圧の波形は
   、現像剤を上記静電潜像担持体に付着させない方向に作
   用する電圧の最大点から、現像剤を静電潜像担持体に付
   着させる方向に作用する電圧の最大点までの時間をｔ＿
   Ａ、交流電圧の周期をＴとしたとき、 ｔ＿Ａ／Ｔ≦０．４ を満たすよう設定されていることを特徴とする一成分現
   像装置。