JPH06186830A

JPH06186830A - 現像装置

Info

Publication number: JPH06186830A
Application number: JP4336169A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Nishimura; 克彦西村; Kimio Nakahata; 公生中畑; Koichi Tanigawa; 耕一谷川; Toshio Miyamoto; 敏男宮本; Makoto Takeuchi; 誠竹内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1994-07-08
Also published as: US5519471A

Abstract

(57)【要約】【目的】現像スリーブに直流成分と交流成分を重畳し
た振動バイアス電圧を印加する現像装置で、現像スリー
ブと感光体間の間隙が変動しても、振動電界の強度を安
定的に維持し、所望の画質の現像画像を形成すること。【構成】現像スリーブ５に、定電流交流電圧電源１１
の出力と、定電圧直流電圧電源１２の出力とを重畳した
振動バイアス電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、現像剤を担持搬送し、
現像領域に於いて静電潜像に付与する現像剤担持体に振
動バイアス電圧を印加する現像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現像スリーブ乃至現像ローラ等の現像剤
担持体に、直流電圧成分にサイン波、矩形波、三角波等
の交流電圧成分を重畳した振動バイアス電圧を印加する
ことは公知である。

【０００３】上記直流電圧成分はカブリ防止や現像画像
の濃度、線画像の線幅等に寄与し、交流電圧成分は現像
領域に於ける現像剤の運動を括性化して、現像画像の濃
度や階調性の向上、線画像の線幅の細り防止等に寄与す
る。

【０００４】ところで、像担持体や現像剤担持体、或い
は両者間の間隔を保持するスペーサローラの偏心等によ
り、像担持体及び現像剤担持体間の間隔が周期的に変動
することがある。

【０００５】このような場合、現像剤担持体に振動バイ
アス電圧を印加することによって現像領域に形成された
振動電界が、上記間隔の周期的変動にともなって周期的
に変動し、これが為現像領域での現像剤の運動性が変動
して、現像画像の濃度や線幅等が周期的に変動してしま
う。

【０００６】また、像担持体と現像装置、必要ならば更
に帯電器、及び、又は、クリーニング装置を一体的に支
持し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリ
ッジに於いては、プロセスカートリッジの製造ラインの
相違等に起因して像担持体と現像剤担持体間の間隔がプ
ロセスカートリッジ毎に相違する場合が生ずる。

【０００７】このような場合、形成される現像画像の濃
度や線幅が、前述と同様の理由により、カートリッジ毎
に相違するというような事も生じてしまう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、現像剤担持
体に振動バイアス電圧を印加して静電潜像を現像する現
像装置で、現像剤担持体と像担持体間の間隔が変動して
も、或いは相違しても、現像領域に於ける現像剤の振動
電界による運動の括性度が変動、或いは相違してしまう
ことを防止し、現像画像の濃度や線幅等が変動、或いは
相違してしまうことを防止できる現像装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の現像装置は、現
像剤を担持搬送して現像領域に於いて静電潜像に付与す
る現像剤担持体と、この現像剤担持体に振動バイアス電
圧を印加する現像バイアス電源であって、定電圧直流電
源から出力された直流電圧と定電流交流電源から出力さ
れた交流電圧とを重畳した振動バイアス電圧を現像剤担
持体に印加する現像バイアス電源と、を備えた現像装置
である。

【００１０】

【実施例】図２は本発明の一実施例の説明図である。

【００１１】図２で、矢印方向に回転する円筒状電子写
真感光体ドラム１には帯電器、露光手段等を含む、公知
の静電潜像形成手段により、静電潜像が形成される。露
光手段としては、原稿の光学像の投影手段や被記録画像
信号により変調されたレーザービームを走査する光学系
等が採用できる。

【００１２】感光体１に形成された潜像は現像装置２に
よって現像される。即ち、トナー像が形成される。

【００１３】現像装置２はキャリア粒子を含まない現像
剤、即ち１成分絶縁性現像剤４により上記潜像を現像す
る。本例では、この現像剤４は絶縁性磁性トナーを主成
分として含み、更に好ましくは、シリカ微粉末が若干外
添されている。このシリカ微粉末は、画像濃度を増大さ
せ、且つ、ガサツキの少ない画像を得られる様に、トナ
ーの摩擦帯電電荷を制御する為等に現像剤に外添され
る。

【００１４】容器３に収容されている粉体現像剤４は、
矢印方向に回転するアルミニウム、ステンレス鋼等の円
筒状非磁性スリーブ５によって容器３から持ち出され、
現像領域７に搬送される。現像領域７に於いてはドラム
１とスリーブ５は、最小間隙が５０〜５００μｍの間隙
を介して対向している。そして、この現像領域７に於い
て静電潜像に現像剤が付与され、現像される。

【００１５】現像領域７に搬送される現像剤層４′の厚
みはブレード８によって規制される。ブレード８は鉄等
の磁性体であり、スリーブ５内に静止配置された磁石６
の磁極Ｎ₁と、スリーブ５を間に介して、対向してい
る。従って、ブレード８に対して磁極Ｎ₁からの磁力線
が集中し、ブレード８とスリーブ５の間に強い磁気カー
テンが形成される。この磁気カーテンにより、スリーブ
５上にはブレード８とスリーブ５間の間隙よりも薄い１
成分磁性現像剤層４′が形成される。

【００１６】尚、ブレード８とスリーブ５の間隙は、形
成された現像剤層４′の厚みを、現像領域７で、スリー
ブ５とドラム１間の最小間隙よりも薄くできる様な間隙
に設定されている。

【００１７】スリーブ５に圧接した弾性ブレードで現像
剤の層厚を規制してもよい。

【００１８】以上の様に図２の装置では、所謂非接触現
像が行われる。即ち、現像領域７に搬送される現像剤層
４′の厚みがスリーブ５とドラム１間の最小間隙よりも
薄いので現像剤はスリーブ５から空気間隙を飛翔してド
ラム１に到達する。

【００１９】現像効率を向上し、濃度が高く、鮮明で、
カブリの抑制された現像画像を形成する為に、スリーブ
５には後述の電源９から、振動バイアス電圧が印加され
る。この振動バイアス電圧は、直流電圧に交流電圧を重
畳したものが好ましい。そして、この振動バイアス電圧
は、その最大値、最小値の間に潜像の暗部電位、明部電
位が存在する様な電圧であり、また、潜像の暗部電位、
明部電位の間に上記直流電圧値が存在する様な電圧が好
ましい。その振動バイアス電圧の周波数は０．６〜２．
４ｋＨｚ、ピーク・トゥ・ピーク電圧（最大値と最小値
の差）は０．４〜２．０ｋＶ程度が好ましく、波形は矩
形波、サイン波、三角波等が使用される。斯かるバイア
ス電圧によって、現像領域７で、現像剤にはスリーブ５
からドラム１に向う方向の力を付勢する方向の電界、ド
ラム１からスリーブ５に向う方向の力を付勢する方向の
電界が交互に作用する。これによって現像剤は現像領域
７に於いて活発に往復振動運動し、かくして良好な現像
画像が得られる。

【００２０】上記振動バイアス電圧の直流電圧成分の値
は、潜像の明部電位の値と暗部電位の値の間の値に設定
されるが、反転現像の場合は明部電位よりも暗部電位に
近い値に、正規現像の場合は暗部電位よりも明部電位に
近い値に、夫々設定されることが、カブリ防止、画像濃
度向上、線画像の細り防止の点等から、好ましい。

【００２１】いずれにせよ、上記直流電圧成分の値は、
カブリの程度、画像濃度、線画像の線幅等の目標値に対
応して設定された値で、本発明によれば、前記ドラム、
スリーブ間の間隙の周期変動があっても、或いはプロセ
スカートリッジ毎にこの間隙が相違していても、上記目
標値を安定して達成できるものである。

【００２２】（尚、反転現像とは、潜像の明部電位領域
に、潜像と同極性に帯電した現像剤を付着させて可視化
する現像である。一方、潜像の暗部電位領域に潜像と逆
極性に帯電した現像剤を付着させて可視化する現像を正
規現像という）。

【００２３】現像剤は主として、スリーブ１４との摩擦
により、静電潜像を現像する極性に摩擦帯電される。

【００２４】尚、磁石６の磁極Ｓ₁は現像領域７に磁界
を形成して、カブリを防止しライン画像の鮮明な現像に
寄与する。また、磁極Ｎ₂、Ｓ₂は現像剤の搬送に寄与す
る。

【００２５】１０は、スリーブ５の長手方向両端部に、
スリーブ５と同軸に設けられたスペーサコロで、ドラム
１に当接されることによって、スリーブ５とドラム１間
の間隙を保持する。

【００２６】図１に現像バイアス電源９の一例を示す。

【００２７】図１で、電源９は振動バイアス電圧の交流
電圧成分を形成する定電流交流電源１１と、振動バイア
ス電圧の直流電圧成分を形成する定電圧直流電源１２と
を有している。

【００２８】交流電源１１は交流電圧成分の周波数と波
形に相当する周波数と波形を有する初期電圧が入力とし
て印加される端子１３と、この初期電圧を増幅する可変
増幅器１４と、増幅器１４の出力を昇圧するトランス１
５とを有している。

【００２９】そして交流電源１１は、更に、出力交流電
圧の電流値、つまり交流電流値（実効値）を検出する交
流電流検出器１６と、この検出器１６によって検出され
た交流電流値と、設定回路１８に予め設定されている
基準交流電流値とを比較する制御回路１７とを有してい
る。

【００３０】上記制御回路１７は、検出器１６で検出さ
れた交流電流値と基準交流電流値との差が零になるよう
に可変増幅器１４の利得を制御する。即ち、可変増幅器
１４の出力を、電源９の出力の交流電流値（実効値）が
一定になるように、制御するものである。

【００３１】一方、定電圧電源１２は、直流電圧を形成
する為の、例えば周波数２０ＫＨｚ程度の矩形波の初期
電圧が入力として印加される端子１９と、この初期電圧
を増幅する可変増幅器２０と、増幅器２０の出力を昇圧
するトランス２１と、トランス２１の交流電圧出力を整
流して直流電圧出力に変換する整流回路２２とを有して
いる。

【００３２】そして定電圧電源１２は、更に、出力直流
電圧の電圧値を検出する直流電圧検出器２３と、設定回
路２５に設定されている基準電圧値とを比較する制御回
路２４とを有している。

【００３３】上記制御回路２４は、検出器２３で検出さ
れた直流電圧値と基準直流電圧値との差が零になるよう
に可変増幅器２０の利得を制御する。即ち、可変増幅器
２０の出力を、電源９の出力の直流電圧成分の電圧値が
一定になるように、制御するものである。

【００３４】而して定電流交流電源１１で形成された定
電流交流電圧と、定電圧直流電源１２で形成された定電
圧直流電圧とが重畳された振動バイアス電圧が現像スリ
ーブ５に印加され、これによって現像領域７に振動電界
が形成される。

【００３５】例えば、暗部電位（光が照射されなかった
領域の表面電位）が−７００Ｖ、明部電位（画像光の内
の最大強度の光で照射された領域の表面電位）が−１０
０Ｖの静電潜像を、負極性に摩擦帯電したトナーで反転
現像する時、下記の振動バイアス電圧で、良好な現像画
像を形成することができる。

【００３６】交番電流（定電流）：１．９６ｍＡ（矩形波）周波数：１．８ｋＨｚ直流電圧（定電圧）：−５００Ｖ尚、この時の振動バイアス電圧のピーク・トゥ・ピーク
値は、略１６００Ｖである。

【００３７】また、この時、使用したスリーブ５は１例
としてアルミ製で、１６φに外形加工されたものを昭和
電工（株）製、モランダムＡ＃４００（アランダム砥粒
である。）でサンドブラスト加工したもので、ＪＩＳ
Ｂ−０６０１に記載の中心線平均荒さＲａで略０．５μ
ｍのものを使用した。

【００３８】また、スリーブ５とドラム１の間の最小間
隙（以下ＳＤ間隙という）は、設計値を３００μｍとし
た。しかし、前記スペーサコロ１０の肉厚の製造誤差等
によって、ＳＤ間隙は、スリーブ、ドラムの回転にとも
ない、上記３００μｍの中心値に対して＋，−約１０μ
の幅で周期的に変動する。しかしながら、振動バイアス
電圧の交流電圧成分が定電流交流電源１１によって形成
されているので、ＳＤ間隙が上記のように変動しても、
現像領域７に於ける振動電界の強度は実質的に一定に保
たれる。これにより、現像領域７に於ける現像剤の振動
運動の括性度は一定に保たれるので、ＳＤ間隙が変動し
ても、設定回路２５によって設定された画像濃度、階調
性、カブリ程度、線画像の線幅等の目標値を有する現像
画像を得ることができる。

【００３９】尚、図１の例に於いては、定電圧直流電源
１２の設定回路２５は、操作者が調節操作することので
きる可変抵抗を有している。操作者は可変抵抗を調節し
て前述の基準電圧値を調節変化させることにより、前述
の目標値を所望の目標値に設定することができる。而し
て本発明によれば、ＳＤ間隙が変動しても、操作者所望
の前記目標値を有する現像画像を得ることができる。

【００４０】いずれにせよ、定電圧直流電源１２の出力
直流電圧、即ち振動バイアス電圧の直流電圧成分は定電
圧制御されているので、ＳＤ間隙が前記の如く変動して
も、この直流電圧成分により設定される前記目標値自体
変動せしめられることはなく、一方、交流電圧成分によ
る現像剤の運動の活性度も、ＳＤ間隙の変動にもかかわ
らず安定的に保持されるので、設定された目標値を有す
る現像画像を得ることができるのである。

【００４１】次に、交流電圧を従来の如く定電圧（実効
値）制御した時と、本発明の如く定電流（実効値）制御
した時の効果上の差異を、現像画像の濃度の数値例で表
１に示す。濃度はマクベス反射濃度計で測定したもので
あり、パラメータはＳＤ間隙である。

【００４２】以下の表１，２で、比較例では、ピーク・
トゥ・ピーク値が１６００Ｖ、周波数が１．８ｋＨｚ、
直流電圧成分が−５００Ｖの矩形波振動バイアス電圧を
現像スリーブに印加し、実施例では、交流電流値（実効
値）が１．９６ｍＡに定電流制御された周波数が１．８
ｋＨｚの交流電圧に、定電圧制御された−５００Ｖの直
流電圧を重畳した矩形波振動バイアス電圧（ピーク・ト
ゥ・ピーク値は１６００Ｖ内外）を現像スリーブに印加
し、いずれも反転現像した。

【００４３】

【表１】

【００４４】上記表１に示されるように、定電流制御さ
れた振動バイアス電圧を使用する方が、ＳＤ間隙の変化
に対する画像濃度変化を小さくすることができる。

【００４５】尚、表１は、コールター社製のコールター
カウンターを使用して測定できる体積平均粒径が１２μ
ｍのトナーを用いた１成分現像剤を使用して現像画像を
形成した場合の結果である。

【００４６】ところで、近年、より高精細の画像を形成
すべく、体積平均粒径のより小さいトナーの使用が試み
られている。そして、上記体積平均粒径が９μｍ以下の
トナーを使用すれば、本発明に於いて特に顕著な効果が
認められた。

【００４７】表２はトナーの体積平均粒径が９μｍの１
成分現像剤を使用した場合の結果である。

【００４８】

【表２】

【００４９】表２に示されているように、トナーの体積
平均粒径が９μｍの１成分現像剤を用いた場合、本発明
によれば、ＳＤ間隙の変化があっても、画像濃度は実質
的に一定に保たれている。そしてトナーの体積平均粒径
が９μｍ以下５μｍまで、同様の効果が確認できた。つ
まり、本発明において、更に、トナーの体積平均粒径が
５μｍ以上、９μｍ以下の１成分現像剤を使用すると、
Ｓ間隙の変動が生じても、画像上に濃度変化は実質的に
生じない。

【００５０】図３に、本発明を適用できる画像形成装置
を説明する。

【００５１】図３で、画像形成装置本体２６は、下記の
光学装置、転写材搬送装置、転写装置、定着装置、前記
電源９、及びプロセスカートリッジ２７の本体２６への
着脱を案内するガイド部材２８を有している。

【００５２】プロセスカートリッジ２７は、矢印方向に
回転するドラム状電子写真感光体１と、感光体１を均一
に帯電する帯電器２９と、感光体１に形成された静電潜
像を現像する前記の現像器２と、現像画像の転写後の感
光体１表面に残留したトナーを除去するクリーニングブ
レード３０を有するクリーニング容器３１とを有してお
り、これら諸手段がモールド成型された合成樹脂製枠体
３２中に一体的に支持されている。そしてプロセスカー
トリッジ２７は、ガイド部材２８に沿って摺動して、本
体２６内に出し入れされる。これにより、現像器２内の
トナーが消費され尽した場合等には、このプロセスカー
トリッジ２７はオペレータにより本体２６外に取り出さ
れ、これに代えて現像器２内に予めトナーが充填されて
いるプロセスカートリッジ２７が本体２６に装着され
る。

【００５３】プロセスカートリッジ２７の枠体３２の外
面には、現像バイアス電圧をスリーブ５に伝達する為の
電気接点３３が設けられており、この電気接点３３は、
プロセスカートリッジ２７が本体２６内に装着される
と、本体２６に設けられている、前記電源９の出力接点
３４に接続し、これにより電源９からの振動バイアス電
圧がスリーブ５に伝達可能となる。

【００５４】次に画像形成動作について説明すると、感
光体１はまず帯電器２９により帯電され、次いで被記録
画像情報信号に対応して変調されたレーザービームＬで
走査露光されて静電潜像が形成される。レーザービーム
Ｌは、半導体レーザー、回転多面鏡、ｆ−θレンズ等を
含む公知の光学装置３５により形成され、ミラー３６に
よって感光体１方向に反射される。

【００５５】上記静電潜像は、前記の如く交流成分が定
電流制御されたバイアス電圧の印加される現像器２によ
って反転現像される。これによって得られたトナー像は
紙等の転写材に、転写帯電器３７の作用により転写さ
れ、次いで転写材は分離除電器３８の作用により感光体
１から分離される。

【００５６】転写材を搬送する装置は、転写材を収納し
ているカセット３９と、カセット３９から転写材を送り
出すピックアップローラ４０と、転写材をトナー像の移
動と同期して転写領域に搬送するレジストレーションロ
ーラ４１と、搬送ガイド４２を有している。

【００５７】感光体１から分離された転写材はガイド４
２を介して定着装置４３に送られ、ここでトナー像が転
写材に定着される。定着後の転写材はトレイ４４上に排
出される。

【００５８】以上はドラム状電子写真感光体１、現像器
２の他にクリーニング器３０、帯電器２９も有するカー
トリッジであるが、本発明は感光体と現像器は持つが、
クリーニング器及び、若しくは、帯電器を持たないプロ
セスカートリッジを使用する画像形成装置にも適用でき
る。

【００５９】いずれにせよ、如上のプロセスカートリッ
ジでは、ドラム、スリーブ、スペーサコロ等の偏心等に
起因する前記のＳＤ間隙の周期的変動が生ずることがあ
るのに加えて、プロセスカートリッジの製造ラインの相
違等に起因して、ＳＤ間隙の中心値にも微少な固体差が
生ずる場合がある。

【００６０】しかし本発明によれば、ＳＤ間隙に周期変
動の生ずる場合も勿論、ＳＤ間隙に固体差のあるプロセ
スカートリッジを交換使用しても、常に濃度ムラや濃度
差の抑制された良好な現像画像を得る事ができる。

【００６１】尚、本発明は、１成分非磁性現像剤を使用
する現像装置、トナーと磁性キャリア粒子を主成分とす
る２成分現像剤を使用する現像装置にも適用できるし、
正規現像用の現像装置にも適用できる。

【００６２】更にまた本発明は、非接触現像用現像装置
のみならず、現像領域に於いて現像剤の層厚がＳＤ間隙
よりも厚いもの、即ち現像剤層で像担持体を摺擦する接
触現像用現像装置にも適用できる。

【００６３】そしてまた本発明は、振動バイアス電圧の
最大値、及び、又は最小値が、静電潜像の暗部電位の値
と明部電位の値との間の値となるような振動バイアス電
圧を使用する現像装置にも適用できる。

【００６４】

【発明の効果】本発明によれば、振動バイアス電圧の交
流成分が定電流制御されているので、現像剤担持体と像
担持体間の間隙が変動しても、或いは相違しても、現像
領域に於ける振動電界強度が安定的に維持できて現像剤
の振動電界による活性化運動を安定化させることがで
き、これにより振動バイアス電圧の定電圧制御された直
流成分に対応する濃度、カブリ度、線像線幅等を有する
良好な現像画像を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の振動バイアス電源の一例の
説明図。

【図２】本発明の一実施例の説明図。

【図３】本発明が適用できる電子写真画像形成装置の一
例の説明図。

【符号の説明】

１電子写真感光ドラム５現像スリーブ９振動バイアス電源１１定電流交流電源１２定電圧直流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮本敏男東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者竹内誠東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】現像剤を担持搬送して現像領域に於いて
静電潜像に付与する現像剤担持体と、この現像剤担持体
に振動バイアス電圧を印加する現像バイアス電源であっ
て、定電圧直流電源から出力された直流電圧と定電流交
流電源から出力された交流電圧とを重畳した振動バイア
ス電圧を現像剤担持体に印加する現像バイアス電源と、
を備えた現像装置。
【請求項２】前記定電圧直流電源の設定定電圧を調節
する調節手段を有する請求項１に記載の現像装置。
【請求項３】前記現像剤はトナーの平均粒径が５乃至
９μｍの１成分現像剤である請求項１又は２に記載の現
像装置。