(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷保持面の静電潜像をトナー粒子で現像する機構であって、
円筒形状のドナーメンバーに搭載され、トナー粒子を前記静電潜像に付着させるために使用される二組のインターディジタル形状の電極と、
電源と、
その機構の潜像を保持する面が前記電荷保持面と前記ドナーメンバーの間の現像領域を通過するよう、循環路において前記機構を移動させる手段と、
前記電源を、前記二組のインターディジタル形状の電極の一方の組の全ての電極に同時に電気的に接続する手段と、
前記インターディジタル形状の電極の他方の組の各電極に対応して、それぞれ一つの独立した導電性素子を有し、各前記導電性素子が、前記他方の組の電極の一つの電極に接続されているスイッチアレンジメントと、
前記導電性素子の全てに接触する光導電性メンバーと、
光導電性メンバーの限られた領域を活性化する照明手段であって、活性化された領域の前記導電性素子に接続している前記他方の組の電極にバイアス電圧を加え、これらの電極は、前記一方の組の隣接する電極と協調して動作し、前記活性化された領域に対応する、前記ドナーメンバーと前記電荷保持面の間の前記現像領域のみにおいて前記ドナーメンバーの表面からトナーを遊離させる、照明手段と、
前記ドナーメンバーにフランジ形状に設けられた環状のディスクと、
を有し、
前記各導電性素子は、前記ディスクの表面に間を開けて周方向に配列され、
前記光導電性メンバーは円環形状を有し、前記ディスク表面上に配列された導電性素子を覆う、
機構。
【請求項２】
請求項１に記載の機構において、
前記各導電性素子は、前記ディスクの第１の面と、第２の面に交互に周方向に配置され、
前記光導電性メンバーは、前記ディスクの第１の面側と、第２の面側にそれぞれ配列され、
照明手段は、前記ディスクの第１の面に対向する第１の照明手段と、第２の面に対向する第２の照明手段を有する、
機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電像を可視化することに関し、特に、スカベンジレス(scavengeless)現像に使用されるトナードナーロール(toner donor roll)の電極へ整流電力を供給する干渉のない(ノンインタラクティブ：non-interactive)またはスカベンジレス現像を行うシステム、方法、装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明は、ゼログラフィー技術または印刷技術に利用される。従来のゼログラフィーの方法では、一般的に、最初に光受容体(フォトレセプタ：photoreceptor)を均一に帯電させることによって、ゼログラフィー感光体面に静電潜像を形成する。光受容体は、電荷保持面を含む。電荷は、原画像に対応する活性化照射パターンに従い選択的に消失する。電荷の選択的消失により、照射されない領域に対応する画像面に保持される電荷パターンが残る。
【０００３】
この電荷パターンは、トナーで現像することにより可視化される。トナーは、一般にカラー粒子であり、静電引力により電荷パターンに付着する。次いで、現像画像は、画像形成面に定着され、または、普通紙のようなレシーブ媒体に送られ、適当な溶融技術により定着される。
【０００４】
本発明は、スカベンジレストナー現像が要求される画像装置への使用に特に適している。従って、本発明は、画像上に画像を形成(イメージオンイメージ：Image On Image)する場合やハイライトカラー画像を形成する場合の画像形成プロセスに有効である。スカベンジレスの現像においては、画像は、電荷保持面と現像システムの間の２５０μｍの現像ギャップの間で形成される。数百ボルトのＡＣバイアスが、トナードナーロールに埋め込まれた１本またはそれより多い小さな直径の線電極に加えられる。この電極は、現像領域の電荷保持面または光受容体の近くに設けられているものである。現像システムに加えられるキロヘルツ範囲の周波数のＡＣバイアスは、帯電トナーに作用し、機械的に振動させる。これは、トナーをドナーロールに保持する付着力に十分打ち勝つものである。一度離されると、トナーは、既に現像された画像を乱すことなく、容易に静電潜像を光受容体に現像する。
【０００５】
この型の現像システムの初期の出願においては、電極は、光受容体とトナードナーロールの間に支持されるピンと張られた線から成る。たとえば、1991年4月23日、ダン  エー  ヘイズ(Dan A. Hays)に許諾された米国特許第5,010,367号が参照できる。残念ながら、強くて現像アーティファクトのない軽い張られた線アレーの機械的な設計は難しいことが判る。たとえば、線は、トナーの固まりと不要な紙繊維をとらえ、これは現像画像に縞を生じさせる。
【０００６】
張られた線に伴う問題は、ドナーロールの表面に埋め込まれる小さな直径の線または電極のアレーを使用することにより回避される。この方法においては、ＡＣバイアスが、ドナーロールの端の整流ブラシを通し、現像領域の埋め込み電極に加えられる。このような構造が、1976年12月14日、パーカー(Parker)他に許諾された米国特許第3,996,892号に記載されている。'892特許には、プログラム可能で、それぞれが離れている電極が設けられたドナーロールが開示されている。これには、ＤＣ電圧が、ドナーロール端の整流ブラシを通し、現像間隙または現像領域、間隙前部、間隙後部の線電極に加えられる。このような配置により、２個の構成要素から成る磁気ブラシ現像ロールの円周周囲のバイアスプロフィールは、良好な現像が行なわれるよう調整される。たとえば、１００ボルトの間隙前部電圧、２５０から３００ボルトの間隙電圧、１０００ボルトの間隙後部電圧が供給される。ドナーロールの電極は、最初にフェノール樹脂ロールの外面に銅薄膜層がメッキされ、ロール長に沿い軸方向に、約０．５ｍｍ（０．０２インチ）間隔の中心に、０．０２５ｍｍ（０．００１インチ）幅の電極ストリップのエッチングが行なわれ形成される。次いで、ロールは半導体ゴム被覆で覆われる。この被覆は、整流ブラシを通し電極にバイアスが加えられる端の短い長さを除き行われる。ロール円周周囲の電圧プロフィールは、整流器または半導体被覆を通る電流によるＩＲ電圧降下により決定される。このような構造には、整流ブラシに接する薄膜電極に損耗または孔食の問題のあることが知られている。電極のニッケルメッキにより、損耗の問題はいくらか緩和されるが、電極損傷の問題の完全な解決にはならない。
【０００７】
'892特許の第２の実施形態には、ドナーロールと共に回転するよう搭載されるリング状の抵抗部材の使用が開示されている。複数の静的に搭載される電気接触子は、リング状の部材に跨り、一方、リング状の部材は導体の被覆されない部分に配置され、導体が搭載されるスリーブと共に回転するよう搭載される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述のドナーロール表面に埋め込まれた小さな直径の線または電極のアレイを有する装置における現像においては、数百ボルトのＡＣバイアスが、前記線または電極のアレーに加えられる。ＡＣバイアスは、ドナーロールの端の整流ブラシを通し、現像領域の埋め込み電極に加えられる。このような構造においては、整流ブラシに接する薄膜電極に損耗または孔食の問題のあることが知られている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、感光スイッチング素子の高電流密度が軽減される。これは、光活性化された素子が、セクターとして配置される形状により得られる。このセクターは、ドナーロールの端に、ドナーロールと同じ軸に搭載されるディスクの一方の側または両側に形成される。この整流器の形状により、感光スイッチング素子の領域は、'225特許に比較し拡大され、光導電体は良好な電流密度領域で動作する。また、この形状により、モジュール構造が推進され、大きな軸スペースは要求されない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図５に示されるように、本発明の利用が可能な、従来技術のハイライトカラー印刷機械は、光導電性ベルト１０の形の電荷保持メンバを含む。この光導電性ベルト１０は、光導電性面と導電性基板から構成され、帯電ステーションＡ、露光ステーションＢ、現像ステーションＣ、転写ステーションＤ、クリーニングステーションＦを通るよう搭載される。ベルト１０は、矢印１６の方向に動き、ベルト１０の連続部は、移動経路に配置される各処理ステーションを順に経由する。ベルト１０は、複数のローラ１８、２０、２２のまわりに掛け継がれる。前者は、駆動ローラとして使用され、後者は、光受容体ベルト１０に適当な張力を与えるために使用される。モータ２３は、ローラ１８を回転させ、矢印１６の方向にベルト１０を進める。ローラ１８は、駆動ベルトのような適当な手段によりモータ２３に連結される。
【００１１】
さらに図５を参照して判るように、ベルト１０の連続部は、最初に帯電ステーションＡを通過する。帯電ステーションＡにおいて、参照番号２４で示されるスコロトロン(scorotron)、コロトロン(corotron)、ダイコロトロン(dicorotron)のようなコロナ放電装置が、ベルト１０を帯電させ、選択的に高く均一な正電位または負電位、Ｖoにする。この技術分野における既知の、適当な制御がコロナ放電装置２４に採用される。
【００１２】
次に、光受容体の表面の帯電部分は、露光ステーションＢに進む。露光ステーションＢにおいて、均一に帯電され光受容体すなわち電荷保持面１０は、レーザ出力走査装置２５に露光される。これにより、電荷保持面は、走査装置の出力に従い放電される。走査装置は、３レベルレーザのラスター出力スキャナー(Raster Output Scanner(ROS))が望ましい。代わりに、ＲＯＳを従来のゼログラフィ露光装置に置き換えることもできる。電子サブシステム(electronic subsystem(ESS))２７は、ＲＯＳと、同じく印刷機械の他のアセンブリの制御を行う。
【００１３】
電圧Ｖoに初期帯電された光受容体は、暗減衰し、約−９００ボルトに等しいＶddpのレベルになる。露光ステーションＢにおいて露光されると、画像のハイライトカラー（すなわち、黒以外の色）の部分においてはゼロまたは接地電位に近い約−１００ボルトに等しいＶｃまで放電される。また、光受容体は、画像のバックグラウンド（白）領域では約−５００ボルトに等しいＶｗまで放電される。
【００１４】
現像ステーションＣにおいて、現像システムは、現像材を静電潜像に接触するよう送る。現像システムは、第１と第２の現像装置３２、３４を含む。現像装置３２は、一対のブラシローラ３５、３６を収容するハウジングを含む。ローラは、現像材４０を電荷保持面の潜像に接触するよう送り、電圧レベルＶcの領域を現像する。現像材４０は、たとえば顔料トナーと磁気キャリアビーズを含む。現像装置３２に電気的に接続される電力供給装置４１により、現像ハウジングに適当な電気バイアスが与えられる。約−４００ボルトのＤＣバイアスが、電力供給装置４１により現像構造３２に加えられる。先に加えられたバイアス電圧と、適当に帯電されるカラートナーにより、カラートナーを使用する放電領域現像(Discharged Area Development(DAD))が行われる。
【００１５】
第２の現像装置３４は、ローラ４２の形をしたＳＥＤ(Segmented Electroded Doner)ドナー体を含む。区切られた電極を有するこのドナー体４２は、現像剤４４を搬送する。この場合、現像剤４４は、黒トナーを含む単一成分現像剤であり、組み合わせ計量帯電装置４６により、ドナー体４２に付着される。トナーの計量帯電は、磁気ブラシ構造のような、２成分現像システムによっても行うことができる。ドナー体は、電荷保持面の動く方向と、同じ方向または反対方向の何れにも回転される。ドナーローラ４２は、好ましくは、ＴＥＦＬＯＮ−Ｓ（デュポン社の商標）または陽極酸化アルミで被覆される。現像装置３４は、静電潜像の帯電領域現像(Charged Area Development(CAD))部分の現像に使用される。
【００１６】
支持材シート５８（図５）が送られ、転写ステーションＤにおいてトナー画像に接触させられる。支持材シートは、示されていない従来のシート送り装置により、転写ステーションＤに送られる。シート送り装置には、コピーシートスタックの一番上のシートに接する送りロールが含まれことが望ましい。送りロールは回転し、スタックの一番上のシートをシュートに送る。このシュートは、進行する支持材シートを時間に合わせ順にベルト１０の光受容性面に接触するよう送り、転写ステーションＤにおいて、光受容性面に現像されたトナー粒子画像は、進行する支持材シートに接触させられる。
【００１７】
光受容体に現像されるＤＡＤとＣＡＤの複合画像は、ポジトナーとネガトナーの双方から構成されるので、ネガコロナ放電によりトナーを効率的に基板に転写するよう調整する、ポジの転写前コロナ放電メンバ５６が設けられる。
【００１８】
転写ステーションＤは、コロナ放電装置６０を含み、これは、対応する極性のイオンをシート５８の裏側に吹き付ける。これにより、ベルト１０からシート５８に帯電トナー粒子が引きつけられる。転写後、シートは、継続して矢印６２の方向に送られ、コンベヤ（示されていない）に載せられ、溶融ステーションＥに送られる。
【００１９】
溶融ステーションＥは、溶融アセンブリ６４を含み、これは、転写される粒子画像をシート５８に永久に定着させる。好適には、溶融アセンブリ６４は、加熱される溶融ローラ６６とバックアップローラ６８を含む。シート５８は、トナー粒子画像が溶融ローラ６６と接しながら、溶融ローラ６６とバックアップローラ６８の間を通過する。このようにして、トナー粒子画像は、シート５８に永久に定着される。溶融後、示されていないシュートが、進行するシート５８を、同様に示されていない受けトレーに送り、次いで、シート５８は、オペレータにより印刷装置から取り出される。
【００２０】
支持材シートが、ベルト１０の光導電性面から分離された後、光導電性面の非画像領域により運ばれる残留トナー粒子が取り除かれる。これら粒子は、クリーニングステーションＦで取り除かれる。磁気ブラシクリーナハウジング７０が、クリーニングステーションＦに配置される。クリーナ装置は、従来の磁気ブラシロール体を含み、これにより、クリーナハウジングのキャリア粒子は、ロール体と電荷保持面に対し、ブラシ状の配列を形成する。クリーナ装置は、また、一対のトナー除去ロールを含み、ブラシから残留トナーを取り除く。
【００２１】
クリーニングに続き、続く画像形成サイクルのため光導電性面を帯電させる前に、示されていない放電ランプが、光導電性面を照射し、残っている残留静電電荷を消失させる。
【００２２】
図１に、本発明の特徴である現像ドナーロール体９０が示される。この中に示されるように、ドナー体９０は、インターディジタル形状の電極９２、９４を含み、この各組は約１５０の電極、合わせて約３００の電極を含む。前記電極９２、９４は、各々櫛形の形状を有し、この櫛の歯は互いに所定の隙間を有して噛み合うように配置されている。二組の電極は、ドナーロール体９０に埋め込まれる。電極９２の組の電極の端部は、スリップリング９６に接触する。他方の組の電極９４は、後で述べる光電スイッチアレンジメントと協調し動作する。
【００２３】
ＡＣバイアスは、整流ブラシ１０４、１０６から、スリップリング９６、９８を通し、二組の電極９２、９４の電極に加えられる。動作時、電極９２の組の各電極は、常にＡＣ電力供給装置１０８に接続され、一方、電極９４の組の各電極は、現像領域１１２（図５参照）を通過するときのみ、電気バイアス電圧が選択的に加えられる。従来のモータと、これに結合される駆動結合部（示されていない）は、ドナーロールシャフト１１６に動作可能に結合され、ドナーロールに回転運動を伝え、これにより、ドナーロールの面は現像領域１１２（図５参照）を通過する。
【００２４】
図２に示される光電スイッチ機構（光電スイッチアレンジメント）１２０は、ディスク１２２の形状に制作されるプリント回路ボードを含む。複数の導電性箔電極１２４は、ディスク１２２の第１の面に形成され、複数の導電性箔電極１２４’は、ディスク１２２のもう一つの面である第２の面に形成される。電極１２４、１２４’は、ディスクの円周周囲に等間隔に配置される。電極１２４、１２４’は、ディスクの第１の面と第２の面とに、電極１２４の角度位置と、電極１２４’の角度位置がずらして配置される。二組の電極のずれまたはオフセットの度合いは、ドナーロールの隣接する電極の間の距離に対応する。たとえば、ディスクの第１の面に７５個のそのような電極が形成され、第２の面に別の７５個の電極が形成される。スリップリング９８は、ディスク１２２の周縁に搭載される。
【００２５】
図２、３に見られるように、光導電性被覆１２８、１２８’の環状シートが、電極１２４、１２４’の上に形成され、しかし、スリップリング９８には接触しない。環状の透明導電性被覆１３０、１３０’は、光導電性シート１２８、１２８’を被覆し、スリップリング９８と電気的に接触する。電極片１２４は、電極９４の組の一つおきの電極に接触し、一方、電極１２４’は、電極１２４に接触しない９４の組の電極に電気的に接触する。現像領域１１２の近くに配置される一対の光源１３２、１３２’からの照明は、環状の光導電体被覆１２８、１２８’を導電性とし、これにより、電気バイアスが、接続される電極を通し、現像領域１１２を通過する９４の電極の組のみに加えられる。現像領域にのみ存在する電極９２、９４の各組から形成される隣接電極に同時に電気バイアスを加えることにより、ドナーロール構造から現像領域へのトナーの遊離は限定し行われる。
【００２６】
本発明に従えば、’225特許の光電スイッチング部分は、プリント回路ボードディスク１２２に置き換えられる。このプリント回路ボードディスク１２２は、ドナーロールの近くに、ドナーロールと同じ軸に搭載される。電極ごとに必要な領域との関係は、この構成により実現される。２５ｍｍ直径のＳＥＤロールの円周周囲に配置される約３００の電極の半分は整流される。残りの半分は、共通帰線に接続される。感光スイッチング素子の半分（７５個）は、ディスクの一方の側に搭載され、残りの半分は、他方の側に搭載され、このとき、０．６ｃｍ2  の領域を持つ７５個のセクタを形成するに要するディスクの半径は、次の式により近似される。
【００２７】
【数１】
半径（ｃｍ）＝[（Ｒ1）2＋（２Ａ）／（Φ）]1/2
ここで
Ｒ１＝ドナーロール半径（１．２５ｃｍ）
Φ＝一つのセクタあたりの弧（０．０８ラジアン）
Ａ＝光導電性領域（０．６ｃｍ2と仮定）
０．６ｃｍ2の領域を得るには、４ｃｍ半径のディスクが必要である。したがって、領域に対する要求は、３インチ程度の両面ディスクにより満たされる。しかし、この近似では、セクタ間の電気絶縁に要求される間隔（すなわち、電極１２４間、電極１２４’間の約０．０５ｍｍ（０．００２インチ））は、考慮されていない。結局、少し大きな直径のディスクがこの領域を確保するため必要となる。しかし、セクタを対にし、２または３個の電極を並列に整流することにより、ある程度の領域の節約ができる。
【００２８】
低いディスクプロフィール（すなわち小さな直径）は、図４に示されるように、２またはそれ以上のディスク１４０、１４２を接続することにより得られる。このために、各ディスクは、図２の実施形態の場合、半分の数の電極を含む。したがって、各ディスクは、約７５個の電極を、その半分は対応するディスクの第１の面に、他の半分はディスクの第２の面に含む。この実施形態においては、追加の光源１３２”が使用される。
【００２９】
スイッチング素子が光により活性化されないときにも、光スイッチング素子を通した容量結合により、ＡＣバイアスの一部が電極に現れる。この電圧の大きさは、光スイッチング素子の静電容量に逆比例し、かなり大きい。たとえば、前述の、０．６ｃｍ2、２０μｍの均等厚さの光導電体素子の静電容量は、ドナーロール電極静電容量の約２０ｐＦに比べ、約２６ｐＦある。したがって、変位電流は、常に、電極に約７４０ボルトのバイアスを生成する。容量性の通り抜け電圧は、光導電体の厚さを増すことにより、または小さな領域を使用し、高い電流密度で動作させることにより、望む値を生成するよう調整することができる。
【００３０】
同様に、両面整流ディスクの両面にある電極間の静電容量は、隣接電極に通り抜け電圧を生成する。しかし、ディスクが２ｍｍ以上の厚さの回路ボードから出来ていれば、通り抜け電圧の影響は１３０ボルト以下になる。
【００３１】
ここに開示されるディスク整流器の形状により、短いドナーロールで、良好な光電流密度を達成する方法が得られる。
【００３２】
【発明の効果】
感光スイッチング素子が、セクターとして配置されるディスク整流器の形状により、感光スイッチング素子の高電流密度が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従う現像ドナーロール体の概略平面図である。
【図２】  図１の現像ロールと、図３の右から見た、発明の一つの形式に従う光電スイッチアレンジメントの拡大概略図である。
【図３】  図２のスイッチ端部の拡大側面図である。
【図４】  図３の光電スイッチの変形を示す図である。
【図５】  本発明の特徴が組み込まれる印刷装置の概略を例示する図である。
【符号の説明】
１０  光導電性ベルト、２３  モータ、２４  コロナ放電装置、２５  レーザ出力走査装置、３２  第１現像装置、３４  第２現像装置、４２  ドナーローラ、４４  現像剤、９０  現像ドナーロール体、９２，９４  インターディジタル形状の電極、９６，９８  スリップリング、１０４，１０６  整流ブラシ、１０８  ＡＣ電力供給装置、１１２  現像領域、１１４  モータ、１１６  ドナーロールシャフト、１２０  光電スイッチ機構、１２２  ディスク、１２４，１２４’  導電性箔電極（導電性素子）、１２８，１２８’  光導電性被覆（光導電性メンバー）、１３０，１３０’  透明導電性被覆、１３２，１３２’，１３２”光源（照明手段）、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  転写ステーション、Ｅ  溶融ステーション、Ｆ  クリーニングステーション。
【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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