JPS60249171A - 画像形成方法 - 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、電子写真複写機等静電記録装置における画像
形成方法に関し、特に、像形成体の表面に背景部電位の
帯電を行い、該帯電面に例えば光照射や静電記録ヘッド
等の手段により除電乃至は逆極性の帯電を行って、それ
により形成した静電潜像に対し、現像スリーブに交流電
圧と前記背景部電位と同極性の直流電圧を重畳したバイ
アス電圧の印加を行って、現像スリーブと像形成体の表
面が近接する現像域で現像スリーブ上の現像剤層から前
記背景部電位と同極性に帯電したトナーを飛翔させて、
現像を行う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の代表的なものとして、表面
に光導電体層を有する像形成体を用い、像形成体の−９
，帯電面にレーザビームスキャナによりスポット露光を
行って低電位ドツト構成の静電潜像を形成し、その低電
位ドツト部分に像形成体の帯電と同極性に帯電したトナ
ーを付着させる方法が挙げられる。このような方法は、
背景部電位に対して像部分電位が高い静電潜像にそれと
は逆極性に帯電したトナーを現像スリーブの現像剤層か
ら飛翔させて付着させる画像形成方法に比較すると、ト
ナーを像形成体の帯電からの電気的反撥力に抗して像形
成体に付着させ、しかもかぶシを生じさせないために、
現像スリーブに印加するバイアス電圧の直流成分は背景
電位に近いものとし、交流成分も振幅を大きくしたりす
ることが要求される。そのため、現像スリーブへのバイ
アス電圧の印加が像形成体の帯電されてない非帯電領域
が現像域を通過している間に行わわたりすると、徒らに
トナーを像形成体に付着させて余分のトナーを消費した
シ、クリーニング装置等の負担を大きくしたり、トナー
等を飛散させ汚れの発生を増大させたりする。

像部分電位の方が高い静電潜像に逆極性に帯電したトナ
ーを刺着させる画像形成方法においては、電力の節約や
トナーの飛散防止等のために、像形成体の非帯電領域が
現像域を通過する間は現像スリーブへのバイアス電圧の
印加を止めるようにしたものがＵＳＰ　３　、８９３　
、４１８号公報や特開昭５６−１４２６６号公報により
知られている。

しかし、像形成体の帯電と同極性に帯電したトナーを静
電潜像に付着させる画像形成方法においては、像形成体
の非帯電領域が現像域を通過する間だけ現像スリーブへ
のバイアス電圧の印加を止めるようにしても、それだけ
ではトナーの飛散や徒費を防止することは不充分である
。

〔発明の目的〕

本発明は、像形成体の非帯電領域が現像域を通過する間
だけバイアス電圧の印加を止めるようにしてもトナーの
飛散や徒費が防止、できない原因が、飛翔中のトナーが
そのままバイアス電圧の印加を止められることにより浮
遊したり、像形成体の帯電領域と非帯電領域の境で電位
が大きく変化したシすること等により、バイアス電圧印
加の影響が非帯電領域の通過するときにも及び易いこと
にあると究明し、トナーの飛散や徒費を効果的に防止す
るバイアス電圧の印加方法を見出した結果なされたもの
であり、トナーが飛散したシ徒費されたシすることの少
ない、像形成体の帯電と同極性に帯電したトナーを均像
スリーブ上の現像剤層から飛翔させて静電潜像に付着さ
せる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、現像スリー　ブに交流電圧と静電潜像の背景
部電位と同極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧の印
加を行って、現像スリーブ上の現像剤層から背景部電位
と同極性に帯電したトナーを飛翔させて静電潜像を現像
する画像形成方法において、前記静電潜像が前記現像域
を通過した後それに続く前記背景部電位面が現像域を通
過する間に前記バイアス電圧を前記背景部電位と同極性
の最大電圧が澱少するように変化させることを特徴とす
る画像形成方法にあり、この構成によって上記目的を達
成したものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示例によって説明する。

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６図はそれぞれ現像スリーブに印加するバイアス
電圧の例を示すグラフ、第７図乃至第９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
れる画像データエを信号処理装置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ザ、音響光学変調装置、
レンズ装置２回転多面鏡等か゛ら成るレーザビームスキ
ャす２を画素毎にＯＮ　、　ＯＦＦ制御して、矢印方向
に回転し帯電器４によシ一様に帯電されている像形成体
３の光導電体層表面にレーザスポットによる像露光を行
い、そのスポット露光部分に詳細を第２図に示したよう
な現像装置５により電界下で像形成体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、像形成体
３の回転と同期して像形成体３０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によって転写され、
トナー像を転写された記録紙Ｐは、分離器７によって像
形成体３の表面から分離され、次いでローラ定着装置８
によってトナー像を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形成体３の表面は、除電
器９によって除電された後クリーニング装置１０によっ
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スリーブ５１にバイアス
電源１１によってバイアス電圧を印加されて、基体部を
接地されている像形成体３との間の現像域Ａに電界を生
ぜしめられる。この現像スリーブ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、現像スリーブ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シ、磁石体５
２の磁力によって現像剤溜り５３から現像スリーブ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
の回転によっ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
って像形成体３の表面に接触しない範囲の層厚に規制さ
れ、現像域Ａにおいて電界の作用によりトナーが現像剤
層から飛翔して像形成体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で
磁石体５２が回転するものが好ましい。

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によって現像スリーブ５１０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、トナーとキャリヤが混合した所謂二成分現像剤であ
り、攪拌翼５６によって攪拌されてトナーが像形成体１
の帯電と同極性に一帯電するものである。トナーは、現
像によって消費されるから、トナーホッパー５７からト
ナー補給ローラ５８によって現像剤溜り５３に、補給さ
れる。

像形成体３の帯電と同極性に帯電したトナーを現像域Ａ
において現像スリーブ５１上の現像剤層から飛翔させて
静電潜像を現像するために、現像スリーブ５１には像形
成体３の背景部電位と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図乃至第６図に示したよ
うに行い、それによって、トナーの飛散や徒費を防止す
るようにしている。

第３図乃至第６図において、Ｔ□は像形成体３の像露光
が行われて静電潜像を形成された画像形成領域が現像域
Ａを通過する時間帯、ＴＶは像形成体３の像露光が終了
して帯電だけがされている非画像帯電領域が現像域Ａを
通過する時間帯、Ｔｏは帯電器４による帯電も終了した
像形成体３の非帯電領域がり像域Ａを通過する時間帯を
示す。そして、第３図は、時間帯Ｔ１においては交流電
圧に像形成体３の帯電電位Ｖ□よりは若干低い直流電圧
■１゜を重畳したバイアス電圧を現像スリーブ３１に印
加し、時間帯ＴＶに入るとそのバイアス電圧を整流した
形の像形成体３の帯電と逆極性の電位のみを示すパルス
状電圧に変換し、その後に時間帯ＴＶ内で印加を停止す
る例を示し、第４図は、時１’１４’ｉ帯Ｔｖに入ると
バイアス電圧の交流成分の振幅を０に減衰変換し、その
後に直流成分ｖＤｏを０乃至は像形成体３の帯電と逆極
性を示すレベルにまで変化させるようにした点が第３図
と異なる例を示し、第５図は、時間帯ＴＶに入るとまず
バイアス電圧の血流成分ＶＤＯを０乃至は像形成体３の
帯電上逆極性を示すレベルにまで変換し、その後に交流
成分の振幅をＯに減衰させるようにした点が第３図ある
いは第４図と異なる例を示し、第６図は、交流成分の振
幅を０に減衰させる時点を時間帯Ｔ。に入ってからとし
た点が第５図と異なる例を示す。

この第３図の例はバイアス電圧源１１に第７図に示した
ような回路を用いることによって実施でき、第４図の例
はバイアス電源１１に第８図に示したような回路あるい
はさらに第９図に示したようガ回路を組合せた回路によ
って実施でき、第５図及び第６図の例はバイアス電ｉｌ
ｌに第９図の回路と第８図の回路を組合せた回路を用い
ることによって実施できる。すなわち、第７図の回路に
おいて、整流回路のスイッチ１２をオンすることによシ
、それまで現像スリーブ３１に印加していた直流電圧と
交流電圧の重畳から成るバイアスを第３図に見るように
パルス状のバイアス電圧に変換できるし、第８図の回路
において、２次コイルの短絡接点１３を直流電源側にス
ライドさせることにより、バイアス電圧の交流成分を第
４図や第５図あるいは第６図に見るように振幅０に減衰
させることができるし、第９図の回路において、可変抵
抗器の移動接点１４を上から下または下から上にスライ
ドさせることにより、バイアス電圧の直流成分を第５図
、第６図あるいは第４図に見るように変化させることが
できる。なお、交流成分を減衰させるのは、上述の例に
限らず、発振回路側で行うようにしてもよいことは勿論
である。また、直流成分をＯに変化させる場合は、第９
図の直流電源回路の一方の逆電位回路部分が不要となる
ことは勿論であシ、あるいはスイッチによって２次コイ
ルの直流電源への接続側を直流電源への接続から接地に
切換えるようにしてもよい。

現像スリーブ３１へのバイアス電圧の印加を第３図乃至
第６図に示したように行うことによって、トナーを反撥
するように帯電している像形成体３の非画像帯電領域が
現像域Ａを通過している間に確実に現像域Ａの電界の現
像剤層からトナーを飛翔させ像形成体３に付着させよう
とする力が弱まり、そのために像形成体３の非画像帯電
領域の反撥力によってトナーが現像剤層に戻されるよう
になるから、トナーが画像形成領域以外に付着して徒費
されたり、飛散したシすることが防止される。

なお、トナーを現像剤層から飛翔させるのは電界　“の
交流成分の働きが大きいから、時間帯ＴＶに入るとまず
バイアス電圧の交流成分を変化させるようにした第３図
あるいは第４図の例がよシ好ましく、第５図と第６図の
例では早く交流成分を減衰させるようにした第５図の例
の方が好ましい。また、第３図乃至第６図のようにバイ
アス電圧を変化させるのは、毎回の画像形成毎に行って
もよいし、連続して画像形成を行う場合は、途中の画像
形成においては現像時のバイアス電圧を維持して最終の
画像形成における時間帯Ｔｖにおいてバイアス電圧を変
化させるようにしてもよい。

現像時のバイアス電圧の交流電圧成分と直流電圧成分は
、鮮明でかぶシのないトナー像が得られるように決定さ
れる。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、現像剤溜シ５３の二成分現像剤がキャリヤに
抵抗率が１０８Ωｃｍ以上、特に１０１３Ωｃｍ以上の
絶縁性磁性キャリヤ粒子を用いたものであることが好ま
しい。このようなキャリヤ粒子としては、磁性体粒子の
妻面に樹脂被膜を形成したキャリヤ粒子や磁性体粒子を
分散含有した樹脂粒子から成るキャリヤ粒子が用いられ
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ＩＩＩＩｌ＋＋程度の厚
さにタッピングした後、詰められた粒子上にＩＫ２／ｃ
ｍ２の荷重を掛け、荷重と底面電極との間に１０００ｖ
／ｃｒｎの電界が生ずる電圧を印加したときの電流値を
読み取ってめられる値である。また、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、キャ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Ｗ）やオムニコ
ンアルファ（ボシュロム社製ンで測定される。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ァン
デルワールス力が大きくなって、凝集し易くなったシ、
分離飛翔しにくくなったリーするし、反対に平均粒径が
大きくなシ過ぎると、重畳に対する帯電量が減少して飛
翔制御がしに〈〈なったり、解像力が低下するようにな
る。また、キャリヤ粒子の平均粒径が小さくなり過ぎる
と、磁石体５２の磁力によって吸着される力が弱くなる
のに対して電気的なり−ロン力やファンデルワールス力
が強くなり、そのためにキャリヤ粒子がトナー粒子と共
に像形成体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υ過ぎると現像スリーブ５１上に形成され
る現像剤層が粗雑になって、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、現像スリーブ５１に
印加する電圧のブレークダウンや放電も起シ易くなる結
果、トナー粒子の移行飛翔制御が離しくなる。

さらに、現像スリーブ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、像形成体
３と現像スリーブ５１の間隙を数１０〜２０００μｍの
範囲とし、従って層厚規制ブレード５４によって規制す
る現像剤層の層厚をそれよシ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
れなくなシ、シたがっ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、現像スリー
ブ５１と像形成体３の間で放電し易くなって現像剤を損
傷したり、トナー粒子を飛散させたシし易くなる。これ
に対して、現像域の間隙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
像時に現像スリーブ５１に印加していたバイアス電圧を
第３図乃至第６図に示したように変化させて画像形成を
終了するようにすると、かぶりのない鮮明な記録画像が
得られて、しかもトナーの徒費や飛散も少ないと言う結
果を得ることができる。なお、現像スリーブ５１や磁石
体５２の回転の停止は、像形成体３の画像形成領域が現
像域Ａを通過した以後のどの時点で行ってもよいが、時
間帯ＴＶにおけるバイアス電圧が変化した以後の段階で
行うことが現像剤層に回収されるトナーが極部的に多く
ならないので好ましい。

次に本発明のより具体的な実施例について述べる。

実施例１゜ 第１図及び第２図の装置を用いた。

像形成体３は表面にセレン感光体層を有し、矢印方向に
１２０　ｍ　／　ＳｅＣの表面速度で回転して、帯電器
４により　５００　Ｖに帯電される。レーザビームスキ
ャナ２は５０Ｖのドツト構成の静電潜像を形成する。現
像域Ａの像形成体３と現像スリーブ５１０間隙７００μ
ｍ１現像スリーブ５１の外径３０■、左方向回転数６５
　ｒｐｍ　ｓ磁石体５２は磁束密度９００ガウスのに、
Ｓ磁極８極を周方向に等間隙に有し、矢印方向に７０Ｏ
ｒｐｍで回転する。現像剤溜り５３の現像剤は、重量平
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１０１６Ωｃｉ＋＋の絶縁性キャリヤと、
重量平均粒径が１４μｍで正に２０μＣ／ｆ程度に帯電
する絶縁性非磁性トナーの混合した二成分塑像剤とし、
現像スリーブ５１上に形成される現像剤層の層厚を層厚
規制ブレード５４によって約５００μｍに規制した。

像形成体３０回転と同時にバイアス電源１１より現像ス
リーブ５１に一１５０ｖの直流電圧を印加する。そして
、バイアス劃１１は、像形成体３の静電潜像を形成され
た画像形成領域か現像装置５に達する以前の非画像帯電
領域内で、現像スリーブ５１に印加するバイアス電圧を
２１（Ｖ　、　２ｋＨｚの交流電圧と４００ｖの俯流電
圧の重畳電圧に切換える。それと同時に、現像スリーブ
５１と磁石体５２を回転する。画像形成領域が現像域Ａ
を通過して非画像帯電領域が現像域Ａを通過している間
にバイアス電源１１は、バイアス電圧の交流成分を減少
させた後直流成分を一１５０ｖに変化させる。現像スリ
ーブ５１と磁石体５２の回転はバイアス電圧の直流電圧
成分が一１５０ｖに変えられた時点で停止する。そして
、バイアス電源１１は、非帯電領域が現像域Ａを通過し
、像形成体の回転が止まった時点でバイアス電圧を０に
する。すなわち、バイアス電源１１は第４図に示したよ
うなバイアス電圧の制御を行う。

以上の条件で現像し、得られたトナー像を普通紙から成
る記録紙Ｐに転写して、表面温度１４０℃のローラ定着
装置８によって定着した。

これによって得られた記録画像は、濃度が高くてかぶり
のないきわめて鮮明なものであった。そして、５万枚の
記録紙に画像記録を行ったが１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
形成体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かった
。

これに対し、像形成体３の非帯電領域が現像域Ａを通過
するようになってから、バイアス電源１１がバイアス電
圧の直流成分の反転と交流成分のＯへの減衰を行った場
合は、クリーニング装置１０に回収されるトナーの量が
著しく多くなったばかシでなく、現像装置５からのトナ
ーの飛散が多くなって、１万枚の記録紙を得るのが限度
であった。

なお、現像時現像スリーブ５１に印加するバイアス電圧
の交流成分としては、周波数１００〜１ｏｏｏ。

Ｈｚ、好ましくは１０００〜５０００　Ｈｚ　、実効値
振幅２００〜５０００　Ｖで、像形成体３との間に実効
値で３００〜５０００　Ｖ　／　ｖｍの電界強さを生せ
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ってもよい。又、現像剤
は、二成分現像剤を用いるのが好ましいがＵＳＰ３８９
３４１８　、特開昭５５−１８６５６号公報により知ら
れている一成分現像剤を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明の画像形成方法によれば、トナーを飛散させたシ
徒費したシすることなく、像形成体の帯電と同極性に帯
電したトナーでかぶりのない鮮明なトナー像を形成する
ことができる。

本発明は、レーザビームスキャナを用いる記録装置に限
らず、多針電極等を用いる記録装置等にも適用し得る。

また、本発明は、感光層上に絶縁層を有する像形成体を
用いた画像形成方法にも適用しうる。さらに、本発明は
、複数個の現像装置を有するカラー画像記録装置及び像
形成体−ヒでトナー像を重ね合わせるカラー画像記録装
置（特願昭５８．−１８４３８１　、同５−８−１８３
１５２　、同５８−１８７０００号）にも適用しうる。

なお、実施例に関して、現像終了時の交流バイアスの減
衰について記載したが、現像開始時の交流バイアスの印
加を図３〜６と逆のプロセスによって行うことにより、
トナーの飛散や消費が減少すると言う好ましい結果をう
ろことができることはいうまでもない。

【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６図はそれぞれ現像スリーブに印加するバイアス
電圧の例を示すグラフ、第７図乃至第９図は第３図乃至
第６ｖｌ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。 ２・・・レーザビームスキャナ、 ３・・・像形成体、　４・・・帯電器、５・・・覗２像
装置、５１・・・現像スリーブ、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、 Ｔ１・・・画像形成領域通過時間帯電 ＴＶ・・・非画偉帯電領域通過時間帯、Ｔｏ・・・非帯
電領域通過時間帯。 特許出願人　小西六写真工業株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第　８　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　現像スリーブに交流電圧と静電潜像の背景部電位
   と同極性の直流電圧を重畳したバイアス電圧の印加を行
   って、現像スリーブ上の現像剤層から背景部電位と同極
   性に帯電したトナーを飛翔させて静電潜像を現像する画
   像形成方法において、前記静電潜像が前記現像域を通過
   した後それに続く前記背景部電位面が現像域を通過する
   間に前記バイアス電圧を前記背景部電位と同極性の最大
   電圧が減少するように変化させることを特徴とする画像
   形成方法。 ２　前記バイアス電圧の変化が整流によって前記背景部
   電位と同極性の電圧部分を遮断することにより行われる
   特許請求の範囲第１項記載の画像形成方法。 ６　前記バイアス電圧の変化が前記交流電圧の振幅を減
   衰させることによシ行われる特許請求の範囲第１項記載
   の画像形成方法◇ ４、　前記バイアス電圧の変化が前記直流電圧を　゛低
   電位乃至は逆極性電位に変化させることにより行われる
   特許請求の範囲第１項記載の画像形成方法。