(57)【要約】【課題】導線を用いる現像剤システムにおいて、感光体上のトナーの濃度変動を防止する。【解決手段】ハイブリッド無掃去現像（ＨＳＤ）画像形成システム用の電源は、３種の電圧、すなわち磁気電圧、ドナー電圧および導線電極電圧を発生させる。当該電源は、ピーク電圧レベルを増大させることなく、トナー上の電圧プッシュプルを最大化させるべくトナー雲を生成する方形波を出力する。当該電源はまた、磁気交流、ドナー交流、および導線電極電圧信号用に非対称の波形を生成して、電圧スペースを最大限利用可能にしながら、導線電極とドナーのインタフェースにおける空気絶縁破壊を回避する。最終的、当該電源は、交流信号の周波数変調を用いて導線電極の調和ストロービングを抑制する。【選択図】図３
2005208657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マーキング粒子により受像部材上に記録された潜像を現像し、現像画像を形成する現像装置用の電源であって、
前記現像装置は、前記受像部材上の現像区域へマーキング粒子を移送すべく、前記受像部材から間隔を空けて配置されたドナー部材と、前記受像部材と前記ドナー部材間の現像区域内に配置された電極と、を含み、
前記電源は、現像動作の間、少なくとも交流電圧および直流電圧により前記電極に対し電気的にバイアスをかけて前記ドナー部材からマーキング粒子を引き離して、前記現像区域にマーキング粒子の雲を形成し、前記雲からマーキング粒子により前記潜像を現像させる電圧源を含み、
前記交流電圧が、非対称且つ実質的に四角形状の波形を含む、
電源。
【請求項２】
マーキング粒子により受像部材上に記録された潜像を現像し現像画像を形成する現像装置を有する印刷機であって、
前記現像装置は、前記受像部材上の現像区域へマーキング粒子を移送すべく、前記受像部材から間隔を空けて配置されたドナー部材と、
前記受像部材と前記ドナー部材の間の前記現像区域に配置された電極と、
現像動作の間、少なくとも交流電圧および直流電圧により前記電極と前記ドナー部材にに対し電気的にバイアスをかけて前記ドナー部材からマーキング粒子を引き離して、前記現像区域にマーキング粒子の雲を形成し、前記雲からマーキング粒子により前記潜像を現像させる電圧源と、を含み、
前記交流電圧が、前記ドナー部材および前記電極の両方に対して、位相を偏移させることなく実質的に同一の周波数で印加する、
印刷機。
【請求項３】
マーキング粒子により受像部材上に記録された潜像を現像し現像画像を形成する現像装置内のドナー部材および関連付けられた交流バイアス電極を動作させる方法であって、
前記現像装置は、磁気ブラシ部材と、ドナー部材と、電圧源と、を有し、前記ドナー部材が、前記受像部材上の現像区域へマーキング粒子を移送すべく、前記受像部材から間隔を空けて配置されており、前記交流バイアス電極が、前記受像部材と前記ドナー部材の間の前記現像区域に配置されており、前記電圧源が、現像動作の間に交流電圧および直流電圧により前記電極に対し電気的にバイアスをかけて前記ドナー部材からマーキング粒子を引き離して、前記現像区域にマーキング粒子の雲を形成し、前記雲からマーキング粒子により前記潜像を現像させ、
前記方法が、
前記ドナー部材における前記交流電圧および前記磁気ブラシ部材における前記交流電圧を、位相を偏移させることなく実質的に同一の周波数で維持することにより、前記磁気ブラシ部材と前記ドナー部材間に相対的な電圧差を維持するステップを含む、
方法。
【請求項４】
画像形成装置内の現像装置用の電源回路であって、
交流電気信号を供給する少なくとも１個の発振器と、
３個の出力端子と、
前記少なくとも１個の発振器に接続し、各々が前記３個の出力端子のうちの１個に電圧信号を供給する３個の交流ドライバであって、供給する信号が同一の周波数を有する３個の交流ドライバと、
少なくとも２個の直流電源と、
を含む電源回路。
【請求項５】
マーキング粒子により受像部材上に記録された潜像を現像し現像画像を形成する現像装置内のドナー部材および関連付けられた交流バイアス電極を動作させる方法であって、
前記現像装置は、磁気ブラシ部材と、ドナー部材と、電圧源と、を有し、前記ドナー部材が、前記受像部材に隣接する現像区域へマーキング粒子を移送すべく、前記受像部材から間隔を空けて配置されており、前記交流バイアス電極が、前記受像部材と前記ドナー部材の間の前記現像区域に配置されており、前記電圧源が、現像動作の間に交流電圧および直流電圧により前記電極に対し電気的にバイアスをかけて前記ドナー部材からマーキング粒子を引き離して、前記現像区域にマーキング粒子の雲を形成し、前記雲からマーキング粒子により前記潜像を現像させ、
前記方法が、
前記ドナー部材における前記交流電圧および前記磁気ブラシ部材における前記交流電圧を、非対称且つ実質的に四角形状の波形を用いて同一周波数に維持することにより、前記磁気ブラシ部材と前記ドナー部材の間の相対的な電圧差を維持するステップを含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真画像形成システムおよび当該システムで用いる電源の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド無掃去（スキャベンジレス）現像（ＨＳＤ）は、イオン画像または電子写真画像形成および印刷装置向けに、後続の現像ステーションが画像形成機器の感光体からトナーを掃去（スキャベンジング）することを防止すべく設計された処理である。
【０００３】
一般に、電子写真印刷の処理は、光導電部材を実質的に一様な電位に帯電させて表面を感光化するステップを含む。帯電した光導電面には、走査するレーザー光線、ＬＥＤ光源、または複写中の原文書からの光画像が露光される。これにより、光導電面上に静電潜像が記録される。静電潜像が光導電面に記録された後で、当該潜像が現像される。通常、現像のために二要素および一要素の現像剤が用いられる。典型的な二成分現像剤は、摩擦電気により付着するトナー粒子を有する磁性キャリア粒子から成る。一成分現像剤は通常、トナー粒子から成る。トナー粒子は潜像に引き寄せられて、光導電面の上にトナー粉末画像を形成する。当該トナー粉末画像は、続いて複写シートへ転写される。最終的に、トナー粉末画像は加熱されて、画像の形状で複写シートに永久融着される。
【０００４】
上述の電子写真マーキング処理を変更してカラー画像を生成することができる。画像重ね合わせ（ＩＯＩ）処理と呼ばれるカラー電子写真マーキング処理の一つは、基板上に合成トナー粉末画像を転写する前に、異なるカラートナーのトナー粉末画像を感光体上に重ね合わせる。ＩＯＩ処理には、構造がコンパクト等の利点があるが、うまく実装する上でいくつかの課題がある。例えば、ＩＯＩ処理等の印刷システム概念が実用的であるためには、先に調色された（現像された）画像とは相互作用しない現像システムを必要とする。従来の磁気ブラシ現像、および単成分飛び越し現像等、いくつかの公知の現像システムは受像体上の画像と相互作用するため、相互作用する現像システムを用いた場合、先に調色された画像が後続の現像により掃去される。従って、ＩＯＩ処理の間、無掃去すなわち非相互作用現像システムが必要とされている。無掃去現像の詳細な説明については、本明細書に全文を引用している米国特許第５，０３１，５７０号を参照されたい。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，０３１，５７０号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８６８，６００号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１０１，３５７号明細書
【０００６】
ハイブリッド無掃去現像技術は、従来の磁気ブラシを介してトナーをドナーロールの表面上に堆積させ、複数の電極導線が現像区域内の調色されたドナーロールから僅かに間隔を空けて配置されている。電極導線に交流電圧が印加されて、現像区域内にトナー雲を生成する。本ドナーロールは一般に、部分的に導電性を有する薄い（５０〜２００μｍ）層で覆われている導電コアから成る。磁気ブラシロールはドナー核と相対的な電位差に保持されて、トナー現像に必要な場を生成する。ドナーロール上のトナー層は次いで、導線または導線の組からの電場に妨げられて、トナー粒子の浮遊した雲を生成して維持する。導線のドナーに相対的な交流電圧は通常、周波数５〜１５ｋＨｚで６００〜９００Ｖｐｐである。これらの交流信号は多くの場合、完全な正弦波ではなく、方形波である。雲からのトナーは次いで、潜像により生成された場により、近傍の感光体上へ現像される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
導線を用いる現像剤システムに付随する問題は、導線がドナーロールおよび感光体表面に平行に振動する点である。導線のこの振動は、導線振動の周波数に一致する周波数で、感光体上のトナーの濃度変動として現れる。また、印加された電圧の周波数により、導線基本周波数の整数倍数である高調波振動が励起される場合がある。更に、これらの振動により導線の振動周波数に一致する周波数で濃度変動が生じて、感光体上のトナーに調和定常波形と一致する濃度変動を引き起こす場合がある。トナー濃度変動およびその要因である導線振動を、一般に「ストロービング」と称する問題として一括りにする。より具体的には、基本ストロービングとは、振動の基礎モードに付随する振動および印刷不具合を記述するために用いる用語であり、一方、調和ストロービングはより高い調波により生じた不具合を記述するために用いる。ストロービングは、全てのハードウェアセットポイントで起こるわけではない。例えば、導線電圧の振幅を狭めたり、ドナーロールの速度を変えることにより減らせる場合が多い。また、基本ストロービングは印加された導線周波数と複雑な仕方で関連しており、両方の種類のストロービング共にトナーの摩擦特性に影響されやすい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による態様において、導線ストロービングによる不具合を回避すべく、周波数偏移機能を含むＨＳＤ画像形成システム用の電源を別個に提供する。
【０００９】
本発明による態様において、ピーク電圧を増大させることなく、トナーに印加される平均電圧を増大させるべくトナー雲を生成する際に、正弦波ではなく方形波を用いるＨＳＤ画像形成システム用の電源を別個に提供する。
【００１０】
本発明による態様において、比較的低振幅の交流電圧を用いるＨＳＤ画像形成システム用の電源を別個に提供することにより、電力消費を抑えるとともにトナー濃度センサに掛かる負担が軽減される。
【００１１】
本発明による態様において、非対称波形を利用するＨＳＤ画像形成システム用の電源を別個に提供する。
【００１２】
本発明によるシステム及び方法は、ハイブリッド無掃去現像電子写真画像形成システム用の電源を提供する。当該システムにおいてドナーロールおよび導線が位相偏移なしに同一交流電圧周波数で動作することにより、ドナーロールがより高い電圧で動作可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
最初に図１を参照するに、本発明による電源で使用可能な電子写真機械の例を示す。電子写真画像形成装置は、機械を通過する一回のパスでカラー画像を生成する。画像形成装置は電荷保持面を、例えば、矢印１２で示す方向に各種の処理ステーションを順に移動するアクティブマトリクス（ＡＭＡＴ）感光体ベルト１０の形式で使用する。ベルトの移動は、駆動ローラ１４、および２個のテンションローラ１６、１８の回りにベルトを装着し、次いで駆動モータ２０を介して駆動ローラ１４を回転させることにより実行される。
【００１４】
感光体ベルトが移動するにつれて、その各部分が以下に述べる各処理ステーションを通過する。簡便のため、感光体ベルトの一部分を画像領域と称して識別する。画像領域とは、基板に転写された後で最終画像を生成するトナー粉末画像を受像する感光体ベルトの当該部分である。感光体ベルトには多数の画像領域があってよいが、各画像領域は同様に処理されるため、１個の画像領域の典型的な処理を記述すれば印刷機の動作を完全に説明するのに十分である。
【００１５】
感光体ベルト１０が移動するにつれて、画像領域は帯電ステーションＡを通過する。帯電ステーションＡにおいて、一般に参照番号２２で示すコロナ発生装置が画像領域を比較的高く且つ実質的に一様な電位に帯電させる。例えば、画像領域は約−５００ボルトの一様な電位に帯電される。実際には、画像領域を−５００ボルトより僅かに強く負に帯電させ、その結果生じるあらゆる暗減衰が電圧を所望の−５００ボルトまで下げることにより実現される。この記述では画像領域が負に帯電されるものとしているが、トナー、再帯電装置、感光体その他関連する領域または装置の帯電レベルと極性を適当に変えることにより正に帯電できる。
【００１６】
帯電ステーションＡを通過した後で、帯電した画像領域は第一の露光ステーションＢを通過する。露光ステーションＢにおいて、帯電した画像領域は、第一色（例えば黒色）画像を表現する光で画像領域を照射する光により露光される。当該の光表現は画像領域のある部分を放電することにより静電潜像を生成する。図に示す実施形態が光源としてレーザーに基づく出力走査装置２４を用いるが、他の光源、例えばＬＥＤプリントバーもまた、本発明の原理に従い利用できる点を理解されたい。各種の実施形態の例において、照射されなかった画像領域の部分に約−５００ボルトの電圧レベルが存在する一方、照射された部分には約−５０ボルトの電圧レベルが存在する。従って、画像領域は露光された後で、相対的に高／低電圧を含む電圧特性を有する。
【００１７】
第一の露光ステーションＢを通過した後で、露光された画像領域は、現像システムＥ、ＧおよびＩと構造が同一である現像ステーションＣを通過する。第一の現像ステーションＣは、負に帯電したトナー３１の第一色、例えば黒色を画像領域上へ堆積させる。当該トナーは、画像領域の比較的弱く負に帯電している部分に引き寄せられて、比較的強く負に帯電している部分から反発を受ける。その結果、画像領域上に第一のトナー粉末画像が得られる。感光体の露光された領域と露光されていない領域を入れ替えた、あるいは感光体の帯電極性が正にされたならば、正に帯電したトナーも使用できる点を理解されたい。更に、最初に黒以外の色を感光体上に堆積させることに利点がある。
【００１８】
第一の現像ステーションＣの場合、現像システムはドナーロール４０を含む。図２に示すように、電極導線４２は、トナーをそこから引き離すために交流および直流電圧によりドナーロール４０から電気的にバイアスされている。引き離されたトナーは、ドナーロールと光導電面との間隙にトナー粉の雲を形成する。トナー粉雲では、トナー粒子が浮遊している。放電領域での現像（ＤＡＤ）のため、電極導線４２およびドナーロール４０の両方に各々直流電源１０２、９２によりバイアスがかけられている。放電された感光体画像は、トナー粉雲からトナー粒子を引き寄せて、自身の上にトナー粉末画像を形成する。
【００１９】
画像領域が第一の現像ステーションＣトナー７６（一般に任意の特定カラートナーを表わす）を通過した後で、照射された画像領域に付着する。これにより、照射領域の電圧が、例えば約−２００ボルトまで上昇する。画像領域の非照射部分は、約−５００ボルトのレベルに留まる。
【００２０】
再び図１を参照するに、第一の現像ステーションＣを通過した後で、露光および調色された画像領域は、第一の再帯電ステーションＤへ移動する。再帯電ステーションＤは、２個のコロナ再帯電装置、すなわち第一の再帯電装置３６、および第二の再帯電装置３７で構成される。これらの装置は協働して、画像領域の調色および非調色部分の両方の電圧レベルを実質的に一様なレベルに再帯電させる。再帯電装置が、電源が第一および第二の再帯電装置３６と３７、およびそれらに付随する任意の格子その他の電圧制御面に接続されていることにより、自身の機能を発揮するために必要な電力を利用できる点を理解されたい。
【００２１】
画像領域が第一の再帯電装置３６を通過した後で、画像領域が第一の再帯電装置により、画像領域が再帯電ステーションＤから離れる際に帯電していたレベルよりも強い負のレベルに過帯電される。例えば、画像領域の調色および非調色部分の電圧レベルは、約−７００ボルトに達する。第一の再帯電装置３６は好適には直流スコロトロンである。画像領域は第一の再帯電装置３６により再帯電した後で、第二の再帯電装置３７へ移動する。第二の再帯電装置３７は画像領域の電圧を、非調色部分と調色部分（トナー７６で表わす）の両方において、所望の電位である−５００ボルトまで下げる。
【００２２】
第一の再帯電ステーションＤにおいて再帯電した後で、第一のトナー粉末画像を有する実質的に一様に帯電した画像領域は、第二の露光ステーション３８へ移動する。第二の露光ステーションが画像領域に第二色（例えば黄色）の画像を表わす光を照射して第二の静電潜像を生成することを除いて、第二の露光ステーション３８は第一の露光ステーションＢと同一である。この時点で、非照射領域の電位は約−５００ボルトである。しかし、照射領域は、トナー７６で示す調色済み領域および非調色領域の両方ともに約−５０ボルトまで放電される。
【００２３】
画像領域は次いで、第二の現像ステーションＥへ移動する。第二の現像ステーションＥが第一の現像ステーションＣのトナー３１（黒色）とは異なる色（黄色）のトナー４０を含む点を除いて、第二の現像ステーションは第一の現像ステーションと実質的に同一である。トナー４０が画像領域の比較的弱く負に帯電した部分に引き寄せられて、より強く負に帯電した部分から反発されるため、画像領域は、第二の現像ステーションＥを通過した後で、第一および第二のトナー粉末画像を有し、これらが重なり合う場合もある。
【００２４】
画像領域は次いで、第二の再帯電ステーションＦへ移動する。第二の再帯電ステーションＦは、第一および第二の再帯電装置、すなわち各々装置５１、５２を有し、これらは再帯電装置３６、３７と同様を動作する。要約すれば、第一のコロナ再帯電装置５１が画像領域を最終的に所望の（例えば−７００ボルト）よりも高い絶対電位に過帯電させ、交流電位を有するコロノードを含む第二のコロナ再帯電装置が当該電位を最終的に所望の電位まで戻す。
【００２５】
再帯電した画像領域は次いで、第三の露光ステーション５３を通過する。第三の露光ステーションが画像領域に第三色（例えばマゼンタ）の画像を表わす光を照射して第三の静電潜像を生成する点を除いて、第三の露光ステーション３８は、第一および第二の露光ステーションＢ、３８と同一である。第三の静電潜像は次いで、第三の現像ステーションＧに含まれる第三色トナー５５（マゼンタ）を用いて現像される。
【００２６】
再帯電した画像領域は次いで、第三の再帯電ステーションＨを通過する。第三の再帯電ステーションは一対のコロナ再帯電装置６１、６２を含み、コロナ再帯電装置３６、３７、および再帯電装置５１、５２と同様の仕方で、画像領域の調色および非調色部分の両方の電圧レベルを実質的に一様なレベルに調整する。
【００２７】
第三の再帯電ステーションを通過した後で、再帯電した画像領域は次いで、第四の露光ステーション６３を通過する。第四の露光ステーションが画像領域に第四色（例えばシアン）の画像を表わす光を照射して第四の静電潜像を生成する点を除いて、第四の露光ステーション６３は、第一、第二、および第三の露光ステーション、すなわち露光ステーションＢ、３８、５３の各々と同一である。第四の静電潜像は次いで、第四の現像ステーションＩに含まれる第四色トナー６５（シアン）を用いて現像される。
【００２８】
画像領域は次いで、基板に効果的に転写すべくトナーを適合させるために、転写前コロトロン部材５０へ移動する。当該部材は、後続の転写を確実に行なわれるよう、トナー粒子が要求された帯電レベルにあることを保証すべくコロナ電荷を搬送する。コロトロン部材５０を通過した後で、転写ステーションＪにおいて画像領域から４個のトナー粉末画像が支持シート５７に転写される。支持シートは、図示しない従来のシート送り装置により、方向５８の転写ステーションへ送られる。転写ステーションＪは、シート５７の裏側に正イオンを噴霧する転写コロナ装置５４を含む。これにより、負に帯電したトナー粉末画像が支持シート５７へ移動する。転写ステーションＪはまた、印刷機からの支持シート５２の除去を容易にするデタックコロナ装置５６を含む。
【００２９】
転写された後で、支持シート５７はフュージングステーションＫへシートを送るコンベヤ（図示せず）へ移動する。フュージングステーションＫは、転写された粉画像を支持シート５７に永久固着するフューザアセンブリを含み、全般的に参照番号６０で示す。フューザアセンブリ６０は好適には、加熱融着ローラ６７およびバックアップまたは圧力ローラ６４を含む。支持シート５７が融着ローラ６７とバックアップローラ６４の間で通過する際に、トナー粉末がシート支持体５７に永久固着される。溶着の後で図示しないシュートが支持シート５７をオペレータが取り出せるように、これも図示しないキャッチトレーへ誘導する。
【００３０】
支持シート５７が感光体ベルト１０から分離された後で、画像領域に残留したトナー粒子が洗浄ステーションＬにおいて、筐体６６に含まれるクリーニングブラシを介して除去される。これにより画像領域は新たなマーキングサイクルを開始する準備ができている。
【００３１】
上述の各種機械機能は一般に、上述の動作を制御する電気的命令信号を与えるコントローラにより管理および調整される。
【００３２】
ここで図２をより詳しく参照するに、現像システム３８はドナーロール４０を含む。現像装置が現像剤を現像区域へ送る。現像システム３８は無掃去である。無掃去（scavengeless）とは、システム３８の現像剤またはトナーが、画像受像体上に既に形成されている画像と相互作用してはならないことを意味する。従って、システム３８はまた、非相互作用現像システムとしても知られている。現像システム３８は、ローラ４０の形式をとるドナー構造を含む。ドナー構造４０はトナー層を、部材１０とドナー構造４０の間の領域である現像区域へ搬送する。トナー層８２は、図２に示すような２成分現像剤（すなわちトナーとキャリア）、または１成分トナー計量・帯電両用装置を介して部材４０に堆積される１成分現像剤のいずれかにより、ドナー４０上に形成することができる。現像区域は、トナー層によりドナーロール４０から自律的に間隔を空けた交流バイアス電極構造４２を含む。１成分トナーは、正または負に帯電したトナーを含んでいてよい。２成分現像剤が塗布されるドナーロールの場合、以下で「磁気ブラシロール」および「磁気ロール」とも称される従来の磁気ブラシ４６を用いてトナー層をドナー構造上へ堆積させることができる。磁気ブラシ４６は、スリーブ８６で囲まれる磁気コアを含む。磁気ブラシ４６が、矢印８５で示す反時計回りに回転する様子を示す。
【００３３】
引き続き図２を参照するに、オーガー７６は筐体４４内に配置されている。オーガー７６は、現像剤を混合して移送すべく回転可能なように取り付けられている。オーガー７６は、シャフトから外側へ螺旋状に伸長する刃を備えている。刃は、現像剤をシャフトの縦軸と実質的に平行な軸方向へ送るべく設計されている。現像剤計量装置を８８で示す。静電潜像が連続的に現像されるにつれて、現像剤内のトナー粒子が消耗する。トナーディスペンサ（図示せず）が補充用トナー粒子を貯蔵している。トナーディスペンサは筐体４４と連通している。現像剤のトナー粒子の濃度が薄まるにつれて、トナーディスペンサから補充用トナー粒子がチャンバ内の現像剤へ供給される。筐体のチャンバ内のオーガー７６は、補充用トナー粒子と残っている現像剤を混ぜ合わせ、その結果得られる現像剤が最適化されているトナー粒子の濃度に実質的に等しくなるようにする。このように、実質的に一定量のトナー粒子が現像装置筐体のチャンバ内に維持される。
【００３４】
電極構造４２は、ドナー構造４０上のトナーに軽く接触する１本以上の細い（例えば直径が５０〜１００ミクロン）導電性の導線で構成されている。導線とドナー間の距離は、トナー層の厚みにより自律的に間隔が空いていて、約１５ミクロンであってよい。導線の端は、ドナーロール面の接線より僅かに上の位置でブロック（図示せず）に支えられている。本発明で引用するに適当な無掃去現像システムが米国特許第４，８６８，６００号、米国特許第６，１０１，３５７号に開示されており、両方とも本明細書で全文を引用している。第６００号特許に開示されているように、無掃去現像システムは、導線４２およびドナーロール構造４０に適当な交流および直流電圧バイアスを印加することにより、２個の画像領域（すなわち放電および帯電画像領域）のいずれか一方を選択的に現像すべく調整することができる。
【００３５】
再び図２を参照するに、現像剤システムは、交流および直流電圧を電極導線４２、ドナーロール４０および磁気ロール４６に印加する電源を含む。従来の電源を図２に示す。直流電圧源１０２は、ドナーローラ４０に相対的に適当なバイアスを導線４２に与える。電極導線４２は、電源１０３および１０４からの交流電圧を受ける。これらの電源は異なる周波数を生成することができ、その結果導線上に生じる電圧は交流電源１０３、１０４に直流電源１０２を加えた瞬間合計である。交流電源１０３は多くの場合、ドナーロール４０に給電する交流電源９６と同じ周波数、強さ、および位相を有するように選ばれる。次いで、ドナーロールに関する導線の電圧は、交流電源１０４の電圧と直流電源１０２の電圧を加えたものに丁度等しい。交流電圧源１０４は、モジュレータ１０６へ接続されていて、周波数を変調する。当該交流電圧源１０４からの周波数が変調された交流電圧信号は、電極導線４２に電気的に接続している。交流電圧源１０４が外部電圧により制御可能な周波数出力を有する場合、モジュレータ１０６は任意の適当な市販の装置、例えば周波数ジェネレータを含むものでもよい。
【００３６】
図２に示すように、現像システム３８では、交流電圧源１０４、１０３および直流電圧源１０２が電源９４から電力の供給を受けるが、別々の電源からも同様に電力を供給することができる。また、直流電圧源１０２は、図２に示す直流電圧源９２、９８とは別であっても、または共通の電圧源を共有してもよい。更に、交流電圧源１０４は、図２に示す交流電圧源９６、１０３および１００と別であっても、または共通の電圧源を共有してもよい。また、モジュレータ１０６は、図２に示すように交流電圧源１０４からの信号だけを変調しても、または交流電圧源９６、１０３または１００のいずれかを変調してもよい。
【００３７】
図２の電気機器構成は、基本的に模式化されている。電子回路分野に精通する者には、交流と直流の電圧源を接続して、電極４２、ドナーロール４０および磁気ブラシロール４６に所望の電圧を提供可能な多くの方法が存在することが理解されよう。
【００３８】
本発明を参照するに、図３に示すように電源回路２００は、無掃去現像画像形成システムで用いられる従来の電源に比べて性能を向上させる。図２に示すように、トナーを現像剤筐体から感光体まで移動させる際に、少なくとも３個の電圧が重要な役割を果たす。具体的には、これらは磁気ロール上の電圧レベルＶMである磁気電圧、ドナーロール上の電圧レベルであるドナー電圧ＶD、および導線電圧ＶWすなわち導線電極上の電圧である。電源回路２００は、導線、ドナーおよび磁気バイアス電圧用の３種の出力を生成する。各種の実施形態の例において、電圧、磁気電圧ＶM、ドナー電圧ＶDおよび導線電圧ＶWの各々は、交流および直流電圧成分を含む合計電圧値である。導線、ドナーおよび磁気バイアスの実際の電圧レベルよりも、これらの電圧間の差の方が重要である。ＶwdＡＣは、導線とドナー出力電圧間の交流の差である。ＶWDは、感光体表面の近傍でトナー雲を生成する合成電圧である。ＶDMＤＣは、ドナーロールに磁気ロールからのトナーを付着させる電圧である。
【００３９】
再び図３を参照するに、偏移発振器(deviatior  oscillator)２１０は、三角波を生成する。三角波は、主発振器２１５の周波数変調（ＦＭ）入力へ送られる。主発振器２１５は、偏移発振器２１０からの三角波により周波数変調される非対称な方形波を生成する。主発振器２１５は、調和周波数の倍数で導線電極の調和ストロービングが生じるのを避けるために、例えば１０キロヘルツの固定周波数の付近で、例えば２キロヘルツ程度上下するように周波数を変動させる。
【００４０】
非対称波には、自身の正電圧および負電圧がゼロ電圧軸を挟んで均等でないという特性がある。直流オフセットが対称交流電圧に加えられた場合、加えられた直流は正および負電圧の両方を偏移させる。正および負値は、ゼロ電圧軸を挟んでもはや均等ではない。非対称波形の利用により、空気絶縁破壊を避けながら、全ての利用可能な電圧スペースを使用することができる。すなわち、非対称の適当なレベルを選ぶことにより正電圧の強さを負電圧とは異なるようできる。このように、正および負電圧レベルがゼロ電圧軸を挟んで均等な状態で直流オフセットを維持することが可能になる。これにより空気絶縁破壊を避けながら、全ての利用可能な電圧スペースを使用することができる。現像装置筐体により経時変化したトナーが良好な現像許容度を保つために可能な限り最大の交流バイアスを必要とする。従って、非対称波形を用いることにより、ドナーと磁気間、またはドナーと導線電極間の空気間隙に空気絶縁破壊が生じる恐れなしに最大の正および負電圧が得られる。
【００４１】
ドナー面上のトナー接着を破壊するには、空気絶縁破壊レベルに極めて近い強電場を必要とするため、電子写真システム内でのトナー雲の生成において方形波は有利である。このように、正弦波交流バイアスの振幅を単に大きくすることは空気絶縁破壊により制限される。方形波の利用により、同一ピーク電圧について、例えば正弦波よりも長い期間プッシュプル力をトナーに及ぼすことができる。
【００４２】
主発振器からの信号は次いで、磁気ロール交流ドライバ２２０、ドナーロール交流ドライバ２３０、および導線電極交流ドライバ２４０の各々に供給されて磁気、ドナーおよび導線電圧の交流成分を生成する。磁気電圧の場合、磁気交流ドライバ２２０および磁気直流電源は組み合わされて、磁気ロール４６を電圧レベルＶMに帯電させる。磁気ロール４６の実際の帯電レベルは重要でなく、むしろ磁気ロール４６とドナーロール４０の相対交流電圧差、すなわちＶDMＡＣが重要である。トナーを磁気ロール４６からドナーロール４０まで移動させるのは相対電圧差ＶDMＡＣである。
【００４３】
ドナーロールは、ドナー交流ドライバ２３０およびドナー直流電源２３５により合成電圧値ＶDに帯電される。各種の実施形態の例において、磁気バイアスがドナーバイアスより低く設定されているため、トナーが磁気ロール４６からドナーロール４０へ引き寄せられる。
【００４４】
導線電極４２は、導線交流ドライバ２４０およびドナー直流電源２３５により帯電される。合成電圧Ｖwdは、トナー雲を生成する電圧である。
【００４５】
図３の構成において、ドナーと磁気バイアス振幅の違いによりＶdmＡＣが発生するため、磁気バイアスによる電圧破壊が減少する。現像装置筐体４４は通常、アルミニウムで作られており、磁気ロール回路に電気的に接続している。磁気バイアスがドナーバイアスより低く設定されているため、所望のＶdmＡＣが得られる。磁気ロール４６または現像装置筐体４４の近くに配置された熱電気冷却器、温度またはトナー濃度センサを損傷する恐れのある電圧破壊を避けるために、磁気ピークバイアス電圧を最小化することが望ましい。図３の電源回路において、ドナーロール４０および導線電極４２は、位相偏移なしに同一周波数に動作する。
【００４６】
図４に、正弦波および方形波について図３の電源構成を用いて得られた実験結果を示す。図４は、シート上のトナーの透過濃度すなわち画像転写の品質の尺度、対ＶWD周波数をプロットしたものである。図４から、ＶWD電圧信号の交流成分のために方形波を用いた場合に、５キロヘルツ〜１５キロヘルツの範囲の関連周波数スペクトルにわたり、転写されるトナーの透過濃度が最大３７％増加したことがわかる。これは、ピークの電圧を一切増大させることなく画質が大幅に向上することを表わしている。
【００４７】
図５に、ＶwdＤＣにおける−１００ボルトの直流オフセットを補償すべく非対称性が調整されている非対称方形波を示す。Ｖwd正および負電圧が０軸を挟んで強度が等しい点に注意されたい。図５に、５個の電圧信号、Ｖw、ＶDＡＣ、ＶMＡＣ、ＶWDおよびＶdmＡＣのグラフを示す。磁気およびドナー交流信号は同相であり、ドナー交流信号の強度は磁気交流信号より強い。ＶwＡＣ、ＶmＡＣおよびＶdＡＣは全て電圧軸を挟んで非対称である。上述のように、非対称波形は、ドナーロール４０と電極導線４２の間の空気絶縁破壊を避けながら、全ての許容可能な電圧スペースが利用できるようにする。ＶWDＡＣは電圧軸を挟んで非対称で、強さが約±４００ボルトの方形波を生成する。この単一波形スナップショットには、ＶWDＡＣの周波数が１０キロヘルツの中心周波数付近で±２，０００ヘルツ分変調されていることが示されていない。主発振器の周波数を連続的に変調することにより、導線電極の調和ストロービングを減少させて理想的に防止することができる。方形波形式を利用することにより、電圧スペース全体が利用されるため、全体的な電圧を下げることなくより低いピーク電圧が可能になる。ピーク電圧が低くなることで、電力消費だけでなく、外付け部品やセンサに対する電圧負荷も減る。ピーク電圧が低いほど、磁気とドナー間またはドナーと導線間の境界における電圧破壊の可能性が更に減るか、またなくなる。
【００４８】
本発明について、上で概説した特定の実施形態と合わせて記述してきたが、多くの代替方式、等価物、改良および変型が当業者には明らかであろう。従って、上に開示した本発明の好適な実施形態は、説明目的であってこれに限定されるものではない。本発明の概念および範囲から逸脱することなく、各種の変更を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】４色電子写真画像形成装置の一例の模式図である。
【図２】多色無掃去電子写真画像形成装置の一例における単色ステーションの詳細な模式図である。
【図３】本発明の実施形態の一例による電源のブロック図である。
【図４】トナー透過濃度対正弦波および方形交流導線電圧の周波数を表わすグラフである。
【図５】本発明の実施形態の一例による電源が発生させた方形波交流電圧のグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１０  感光体ベルト、１２  矢印、１４  駆動ローラ、１６，１８  テンションローラ、２０  駆動モータ、２２  コロナ発生装置、２４  出力走査装置、３１  トナー、３６，３７  再帯電装置、３８  露光ステーション、４０  トナー、４２  交流バイアス電極構造、４４  筐体、４６  磁気ロール、５０  コロトロン部材、５１，５２  コロナ再帯電装置、５３  露光ステーション、５４  転写コロナ装置、５５  カラートナー、５６  デタックコロナ装置、５７  支持シート、５８  矢印、６０  フューザアセンブリ、６１，６２  コロナ再帯電装置、６３  露光ステーション、６４  バックアップローラ、６５  カラートナー、６６  筐体、６７  加熱融着ローラ、７６  オーガー、８２  トナー層、８５  矢印、８６  スリーブ、８８  現像剤計量装置、９４  電源、９２，９８，１０２  直流電圧源、９６，１００，１０３，１０４  交流電圧源、１０６  モジュレータ、２００  電源回路、２１０  偏移発振器、２１５  主発信器、２２０  磁気ロール交流ドライバ、２３０  ドナーロール交流ドライバ、２３５  ドナー直流電源、２４０  導線電極交流ドライバ、Ａ  帯電ステーション、Ｂ  露光ステーション、Ｃ  現像ステーション、Ｄ，Ｆ，Ｈ  再帯電ステーション、Ｅ，Ｇ，Ｉ  現像システム、Ｊ  転写ステーション。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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