(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持部材上に記録された潜像を有するタイプの印刷機械において、
少なくともトナー粒子を包含している現像剤の供給源を格納するチャンバを構成するハウジングと、
前記ハウジング内に少なくとも部分的に装着してあり、潜像に現像剤を移送してトナー粒子で潜像を現像する現像部材と、
前記ハウジングと作動可能状態に組み合わせてあり、経過時間の関数としての現像性能低下を最小限に抑えるように、前記ハウジングのチャンバ内の現像剤に流動添加物を分配する、前記ハウジング内に格納された放出装置とを包含し、
前記トナー粒子および流動添加物は、前記トナー粒子を前記流動添加物と一緒に計量分配することによって同時に且つ周期的に現像剤に放出されることを特徴とする印刷機械。
【請求項２】
請求項１による印刷機械において、さらに、前記ハウジングのチャンバにおけるトナー粒子滞留時間を測定する装置を包含し、この測定装置が、選定した時間の経過に応答して前記放出装置を動作させるように前記放出装置と通じていることを特徴とする印刷機械。
【請求項３】
請求項２による印刷機械において、前記測定装置が、潜像を現像するのに必要な平均トナー粒子量を検知し、それに応答して前記選定時間を変化させることを特徴とする印刷機械。
【請求項４】
請求項３による印刷機械において、前記測定装置が、潜像を現像するのに必要なトナー量に応答して前記選定時間を該トナー量の変化と逆に変化させることを特徴とする印刷機械。
【請求項５】
請求項２よる印刷機械において、前記放出装置が、トナー粒子および流動添加物を分配することを特徴とする印刷機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全般的に電子写真式印刷機械に関する。一層詳しくは、本発明は、光導電性部材上に記録された静電気潜像を現像する装置であって、使用される現像剤の現像性能を、選定した時間間隔で現像剤に流動添加物材料を加えることによって向上させる装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現像剤ハウジングのトナー粒子の平均滞留時間が増えるにつれて、その結果現像された画像の品質が低下し始めることがわかった。この品質低下は、印刷機械のスループット率の関数である。現像性能は、印刷機械のスループット率の関数として逆に低下する。
【０００３】
現像システムで使用されているトナー粒子およびキャリア粒体に加えて、流動添加物外部添加物粒子が加えられることがある。流動添加物は、一般的には、トナー製造プロセス中に添加される。代表的な流動添加物が、米国特許第３，５９０，０００号および同第３，８００，５８８号に記載されている。トナー粒子が現像プロセスにおいて減少するにつれて、余分なトナー粒子を、キャリア粒体および流動添加物の供給源を格納しているハウジングのチャンバに加える。これが、トナー粒子の密度を適切な範囲内に維持する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
現像剤内のトナー粒子の濃度を検出するために、多くのタイプのシステムが開発されてきた。代表的には、閉ループ・システムが、現像剤ハウジングのチャンバ内でのトナー粒子減少の関数として、付加的なトナー粒子を放出するのに使用される。付加的なキャリア粒体も給送して少なくとも電子写真式印刷機械の有効寿命と一致するように現像剤の有効寿命を延ばすことができる。しかしながら、これまでに開発されたすべてのシステムにおいては、高速電子写真式印刷機械において小さいサイズのトナー粒子を使用したときに、現像性能は、なお、スループットの関数として低下することがわかった。したがって、高速電子写真式印刷機械で使用するために現像システムの現像性能を向上させることが非常に望ましい。現像システム内の現像剤にトナー粒子またはキャリア粒体を加えるために、そして、システム内のトナー粒子の濃度を検知し、その濃度を実質的に一定に維持するために、種々の方法が考案されてきた。以下の開示が関連あるように思える。
【０００５】
米国特許第４，６１４，１６５号が、キャリア粒体およびトナー粒子の両方を周期的に現像剤ハウジングのチャンバ内に収容された現像剤に加える現像システムを開示している。
米国特許第４，９７４，０２４号が、潜像を現像する必要な平均トナー粒子量の関数として現像剤にトナー粒子を制御しながら計量分配することを開示している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、潜像を現像する装置を得ることができる。この装置は、少なくともトナー粒子を収容している現像剤供給源を格納するチャンバを構成するハウジングを包含する。現像部材が、少なくとも部分的にハウジング内に装着されている。この現像部材は、現像剤を潜像まで移送し、潜像をトナー粒子で現像する。放出装置が、ハウジングと作動可能状態で組み合わせてある。この放出装置は、経過時間の関数として現像性能の低下を最小限に抑えるように、ハウジングのチャンバ内の現像剤に流動添加物を分配する。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、流動添加物材料の供給源を格納しているチャンバを構成するハウジングを包含するカートリッジを得ることができる。分配機構がハウジングと作動可能状態で組み合わせてある。この分配機構は、ハウジングのチャンバから流動添加物材料を放出させる。
【０００８】
本発明のまた別の態様によれば、像担持部材上に記録された潜像を有するタイプの印刷機械を得ることができる。この印刷機械の特徴は、少なくともトナー粒子からなる現像剤の供給源を格納するチャンバを構成するハウジングが設けられる。現像部材が、少なくとも部分的にハウジング内に装着される。この現像部材は、トナー粒子で潜像を現像するように潜像まで現像剤を移送する。放出装置が、ハウジングと作動可能状態に組み合わせてある。この放出装置は、経過時間の関数として現像性能の低下を最小限に抑えるように、ハウジングのチャンバ内の現像剤に流動添加物を分配する。
【０００９】
本発明のまた別の態様は、電子写真式印刷機械において使用される光導電性部材上に記録された静電気潜像を現像する方法である。この現像方法は、チャンバ内に供給源を格納しているハウジングから記録済みの静電気潜像を有する光導電性部材まで少なくともトナー粒子からなる現像剤を移送する段階を包含する。流動添加物が、経過時間の関数として現像性能の低下を最小限に抑えるように、ハウジングのチャンバ内の現像剤内へ放出される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図３に示すように、図示の電子写真式印刷機械は、図１に示す本発明の現像装置を組み込んでいる。この印刷機械は、導電性基体１４上に光導電性表面１２を有するベルトの形をした感光体１０を包含する。基体１４は、好ましくは、電気的に接地したアルミニウム合金から作る。ベルトは、モータ２４によって、ローラ１８、２０、２２によって構成される経路に沿って矢印１６の方向に駆動される。
【００１１】
最初に、ベルト１０の一部が荷電ステーションＡを通過する。荷電ステーションＡで、コロナ発生器２６が光導電性表面１２を比較的高い、ほぼ均一な電位に荷電する。高電圧電源２８が、コロナ発生器２６に電気的に接続している。荷電後、光導電性表面１２の荷電領域は、露光ステーションＢへ進む。
【００１２】
露光ステーションＢで、ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）が、変調レーザ光線を発生する。変調光線は、光導電性表面１２の荷電領域に送られ、その電荷を選択的に消滅させる。これにより、印刷しようとしている文書に対応する静電気潜像が記録される。中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２および電子サブシステム（ＥＳＳ）３４がＲＯＳ３０と組み合わせてあって、送られてくるイメージ・データを処理する。中央演算処理装置は、印刷機械によって印刷されている像の暗ピクセルおよび明ピクセルの数をカウントする。印刷されている文書の暗ピクセルおよび明ピクセルの数が潜像を現像するのに必要なトナー粒子の量の測定値であるから、この測定値が、潜像を現像するのに必要なトナー粒子の平均量の測定値となる。
【００１３】
静電気潜像が光導電性表面１２に記録された後、ベルト１０は、現像ステーションCに潜像を進める。現像ステーションＣで、現像システムは、光導電性表面に記録された潜像を現像する。好ましくは、現像システムは、ドナー・ロール４０と、このドナー・ロール４０と光導電性ベルト１０との間のギャップ内に位置する電極導線４１とを包含する。電極導線４１は、ドナー・ロール４０に対して電気的にバイアスされ、そこからトナーを分離させ、ドナー・ロール、光導電性表面間のギャップ内にトナー・パウダー・クラウドを形成する。潜像は、トナー・パウダー・クラウドからトナー粒子を引きつけ、その上にトナー・パウダー像形成する。ドナー・ロール４０は、少なくとも部分的に現像剤ハウジング３８のチャンバ内に装着されている。現像剤ハウジング３６のチャンバは、現像剤の供給源を格納している。現像剤は、少なくとも、磁性キャリア粒体と、これに摩擦電気的に接着しているトナー粒子とからなる２成分現像剤である。当業者には明らかなように、磁性トナー粒子からなる単成分現像剤も使用し得る。ハウジング３８のチャンバの内部に位置する磁性ローラが、現像剤をドナー・ローラに運ぶ。磁性ローラは、トナー粒子が磁性ローラからドナー・ローラへ引きつけられるように、ドナー・ローラに対して電気的にバイアスされている。現像装置は、図２を参照しながら以下により詳しく説明する。
【００１４】
図３を続けて参照して、静電気潜像が現像された後、ベルト１０は、転写ステーションDに現像された像を進める。転写ステーションＤで、コピー・シート５４が、ロール５２およびガイド５６によって送られてきて、ベルト１０上の現像された像と接触する。コロナ発生器５８が使用されて、シートの背面にイオンを噴射し、トナー像をベルト１０からシートまで引きつける。ベルトが丸ローラ１８を転回するにつれて、シートが、その上のトナー像と共に、そこから引き剥がされる。
【００１５】
転写後、シートは、コンベヤ（図示せず）によって定着ステーションＥに進められる。定着ステーションＥは、ヒータ定着ローラ６４およびバックアップ・ローラ６６を包含する。シートは、定着ローラ６４とバックアップ・ローラ６６のとの間を通過し、トナー・パウダー像が定着ローラ６４と接触する。こうして、トナー・パウダー像が、シートに恒久的に固着される。定着後、シートは、シュート７０を通ってキャッチ・トレイ７２まで進み、オペレータが印刷機械から取り出すことができる。
【００１６】
シートがベルト１０の光導電性表面１２から分離された後、光導電性表面１２に接着している残留トナー粒子は、この光導電性表面１２と接触する回転可能に装着された繊維ブラシ７４によって取り除かれる。清掃の後、放電ランプ（図示せず）が、光導電性表面１２を投光照明し、そこに残っている残留静電電荷を消滅させてから、次の像形成サイクルのために光導電性表面１２を荷電する。
【００１７】
次に図１を参照して、ここには、現像装置３８がより詳しく示してある。ハウジング３６が、現像剤４４の供給源を格納するチャンバ４２を構成している。チャンバ４２のハウジング３６の底には、水平オーガ４５が設置してあり、この水平オーガは、移送ローラ４６の全長にわたってほぼ均一に現像剤を計量分配する。こうして、輸送ローラ４６の最下方部分が、現像剤４４内に浸漬される。
【００１８】
移送ローラ４６は、固定式多磁極型磁石４８を包含し、そのまわりに接近して回転可能にスリーブ５０が装着してあり、このスリーブは、非磁性材料、好ましくは、アルミニウムまたはステンレススチールで作ってある。こうして、スリーブ５０は、矢印６０の方向に磁気コア４８まわりに回転する。現像剤は、スリーブ５０の外周面に引きつけられる。スリーブ５０が移送ローラ４６、ドナー・ロール４０間のニップ６８内に回転するにつれて、スリーブに付着している現像剤の厚さを調節するために、計量ブレード６２が用いられる。直流電源７６が、選定電圧電位までドナー・ロール４０を電気的にバイアスする。移送ロール４６は、直流電圧源７８と交流電圧源８０の両方によって電気的にバイアスされる。直流電界の効果は、スリーブ５０に現像剤を引きつける力を強化することにある。ニップ６８内で移送ロールに沿って印加される交流電界の効果は、キャリア粒体からトナー粒子を解放することにあると考えられる。こうして、電気バイアス、すなわち、ドナー・ロール４０、移送ロール４６間の電位差は、トナー粒子を移送ロール４６上のキャリア粒体からニップ６８内のドナー・ロール４０まで移動させる。好ましくは、ドナー・ロールは、時間に関して電荷の蓄積を防ぐに充分に導電性である材料から作られ、また、ドナー・ロールと接触したときに磁性ブラシが短絡あるいはアーク発生するのを防ぐブロッキング層を形成するに最適に導電性である。たとえば、ドナー・ローラ４０は、アルミニウムで作り、陽極処理あるいはスプレーしたセラミック・コーティングを有するものであってもよい。ドナー・ローラ４０は、矢印６４の方向に回転する。ドナー・ローラ４０が矢印６４の方向に回転するにつれて、ドナー・ローラは、その外周面に付着しているトナー粒子を現像帯域６６に進める。電極４１が現像領域６６に設けてある。現像領域６６は、ベルト１０とドナー・ローラ４０との間のギャップまたはスペースとして構成される。一対の電極導線４１が、ドナー・ローラの長手軸線に対してほぼ平行な方向に延びているように示してある。電極導線４１は、ドナー・ローラ４０に接近して位置する細いタングステンまたはステンレススチールのワイヤからなり、これらのワイヤがポリテトラフルオロエチレンで被覆してある。印加された交流電圧は、電極導線４１とドナー・ロール４０との間に交流静電電界を確立し、これが、ドナー・ローラ４０の表面からトナー粒子を分離させ、導線４１まわりにトナー・パウダー・クラウドを形成するのに有効である。
【００１９】
静止シュー（８２）が、ベルト１０の内面と接触している。ドナー・ロール４０に対するシュー８２の位置は、ドナー・ロール４０とベルト１０との間の間隔を確立する。シュー８２の位置は、ドナー・ロール４０、光導電性表面１２間の間隔が好ましくは約０．２５ｍｍであるように調節可能である。光導電性表面１２上に記録された静電気潜像は、現像帯域６６のトナー・パウダー・クラウドからトナー粒子を引きつけ、潜像を現像し、光導電性表面１２上に可視トナー・パウダー像を形成する。
【００２０】
続いて図１を参照して、放出ユニット７０が、ハウジング３６のチャンバ４２内の現像剤４４内に流動添加物材料を周期的に分配（小出し）する。この放出ユニット７０は、開口端に位置した発泡体ローラ７４を有する端部開口ホッパ７２を包含する。流動添加物材料８４がホッパ７２内に格納されている。流動添加物の例としては、Aerosol（登録商標）のようなコロイド二酸化ケイ素、金属塩および亜鉛ステアリン酸塩、酸化アルミニウム、酸化セリウムならびにその混合物を含む脂肪酸の金属塩がある。これら添加物のうちのいくつかは、米国特許第３，５９０，０００号および同第３，８００，５８８号に記載されており、これら米国特許の開示内容は、参考資料として本願で援用する。ＣＰＵ３２は、発泡体ローラ７４に連結するモータを制御する。モータの付勢により、発泡体ローラ７４を回転させ、ホッパ７２から流動添加物材料８４を放出させる。こうして、放出ユニット７０は、ハウジング３６のチャンバ４２の現像剤４４内に流動添加物材料を周期的に放出する。
【００２１】
ハウジング３６のチャンバ４２内のトナー粒子の滞留時間は、静電気潜像上に現像されつつあるトナー粒子の量の関数として変化する。静電気潜像上に現像されつつあるトナー粒子の必要な量は、印刷されつつある像における黒ピクセル、白ピクセルの数の関数である。したがって、印刷されつつある所与の文書のためのトナー粒子の平均数は、印刷されつつある像において検出された黒ピクセル、白ピクセルの数の関数である。印刷されつつある文書がより多い量のトナー粒子を必要とする場合には、印刷されつつある文書がより多くの量のトナー粒子を必要とし、ハウジング３６のチャンバ４２内のトナー粒子滞留時間が短くなる。それとは逆に、印刷されつつある文書がより少ない数のトナー粒子を有し、より少ない数のトナー粒子でよい場合には、ハウジング３６のチャンバ４２内におけるトナー粒子の滞留時間は延びる。それ故、ハウジング３６のチャンバ４２内におけるトナー粒子の滞留または経過時間は、印刷されつつある文書で必要とされるトナー粒子の平均数の関数として逆に変化する。明らかに、これは、印刷されつつあるオリジナル文書に含まれる白黒の関数であり、ＣＰＵ３２によって検知される。したがって、ＣＰＵ３２は、印刷されつつある各文書における暗ピクセル、明ピクセルの数をカウントし、そして、その関数として、これらの文書の各々で必要とされるトナー粒子の平均量を測定する。トナー粒子の測定された平均量がピクセル・カウントによって測定されるような予め選定されたカウントに達した後、ＣＰＵ３２は、発泡体ローラ７４に連結したモータを起動し、流動添加物材料８４をホッパ７２から現像剤ハウジング３６のチャンバ４２内における現像剤４４内に放出させる。
【００２２】
トナー粒子が現像剤ハウジング内に残っているとき、トナー粒子の粘着性が大きくなることがわかった。粘着性のあるトナー粒子は、良く流れず、現像帯域のトナー・パウダー・クラウドを満足に形成することがない。これは、像劣化に通じる。現像剤に流動添加物を周期的に加えることによって、この粘着性がほぼ除去され、トナー粒子は、ほぼ自由流動状態に留まる。これは、現像帯域６６におけるトナー・パウダー・クラウドの形成を最適化し、その結果、トナー粒子は、ベルト１０の光導電性表面１２に形成された静電気潜像へ容易に引きつけられ、移動する。こうして、像劣化が最小限に抑えられる。現像剤に周期的に流動添加物材料を加える結果、現像性能がかなり向上する。このことは、図２に明確に示してあり、図２は、本発明から生じる重要な改良を示すための比較グラフを示している。
【００２３】
当業者には明らかなように、流動添加物は、現像剤の約０．１重量部から約１０重量部の量で存在し、好ましくは、約０．１重量部から約５重量部の量で存在し得る。
【００２４】
次に図２に戻って、ここには、３つの現像曲線が示してある。１つの現像曲線は、現像剤ユニットの性能を測定する共通測定基準である。曲線８６は、現像剤ハウジング内のトナー粒子の滞留時間が比較的低いときにプロットされたものである。この曲線は、現像性能が満足できるものであることを示している。低平均のプリント有効範囲のプリントを数百枚分実行した。これは、潜像を現像するのに比較的少ないトナーでよかったために、現像剤ハウジング内のトナー粒子の平均滞留時間を増大させた。次に、曲線８８が生成され
た。曲線８８を曲線８６と比較すると、これら曲線間に現像性能の大きな低下があったことは明白である。その後、流動添加物材料を現像剤に添加した。次に、曲線９０を生成した。この曲線は、明らかに、曲線８８および曲線８６と比較して現像性能が劇的に改善されたことを示している。これらの曲線のすべてについての摩擦電気特性は、ほぼ一定に留まった。したがって、適正量の流動添加物が現像剤ハウジング内の現像剤と混ぜ合わされたときに、現像性能がかなり改善されることは明白である。
【００２５】
当業者には明らかなように、トナー粒子は流動添加物材料と一緒に計量分配してもよい。したがって、ホッパ７２は、トナー粒子と共に流動添加物材料を格納してもよい。この実施例において、トナー粒子および流動添加物材料は、同時に現像剤に放出される。こうして、現像剤内のトナー粒子の濃度および流動添加物材料の量が、ほぼ最適なレベルに維持される。このことは、トナー粒子が比較的自由に流動し、現像性能低下を最小限に抑え、プリント品質を最適化するのを保証する。
【００２６】
要するに、本発明の現像装置が現像ハウジングのチャンバ内の現像剤に周期的に流動添加物材料を加え、現像性能を最適化することは明白である。流動添加物材料を周期的に現像剤に加えるとき、現像性能がかなり改善されることがわかった。流動添加物材料は、現像剤ハウジング内の現像剤の経過時間に正比例して現像剤に加えられ、あるいは、印刷機械のスループットに反比例して現像剤に加えられる。したがって、高スループットの印刷機械では、加える流動添加物材料は、低スループット印刷機械よりも少なくなる。もちろん、各文書についての平均トナー粒子使用密度は、現像剤内のトナー粒子の滞留時間を決定する。こうして、印刷されつつある各文書内のピクセルの数をカウントすることによって、また、その文書についての平均トナー粒子需要量を決定することによって、現像剤に流動添加物材料を計量分配するのに選定した作動時間は、容易に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図３の印刷機械において使用される現像装置を示す概略立面図である。
【図２】現像システムの性能を示す３つの現像曲線を示しているグラフである。
【図３】図１の現像装置を組み込んだ電子写真式印刷機械の概略立面図である。
【符号の説明】
１０  感光体
１２  光導電性表面
１４  基体
１８、２０、２２  ローラ
２４  モータ
２６  コロナ発生器
２８  高電圧電源
３０  ラスタ出力スキャナ
３２  中央演算処理装置
３４  電子サブシステム
３６  チャンバ
３８  現像ハウジング
４０  ドナー・ローラ
４１  電極導線
５２  ロール
５４  コピー・シート
５６  ガイド
５８  コロナ発生器
６４  ヒータ定着ローラ
６６  バックアップ・ローラ
７０  シュート
７２  キャッチ・トレイ
【図１】
0004495852.tif 000002
【図２】
0004495852.tif 000003
【図３】
0004495852.tif 000004