JPH038542B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静電潜像を現像する現像方法に関す
るものである。

本出願人は先に特開昭55−18656号〜18659号公
報において新規な現像方法を開示した。これは、
内部に磁石を有する円筒状の現像剤支持部材上に
絶縁性磁性トナーを均一に塗布し、これを潜像保
持部材に接触させる事なく対向せしめ、現像する
ものである。この時、現像剤支持部材と、潜像保
持部材の基盤導体との間に低周波交番電圧を印加
し、トナーを現像剤支持部材と潜像保持部材の間
で往復運動させることにより地カブリのないかつ
階調性の再現にすぐれ、画像端部の細りのない良
好な現像を行う事ができる。この現像方法ではト
ナーは絶縁体であるため転写が容易である。又、
現像装置がきわめて簡単で、安価であるというも
のである。

しかしながら、この現像方法においては、磁性
を有するトナーを用いなければならないことから
次のような欠点を有していた。磁性トナーは一般
に黒色の磁性体粉をふくむため黒色以外の色のト
ナーを作る事は困難である。又磁性体粉をふくむ
事によりトナー像を、熱定着器、圧力定着器等に
より定着する時定着性が劣り、画像が荒びる。

磁性を有しないトナーを現像剤支持部材に塗付
し、これを静電像保持部材に対向させて現像する
方法は古くから知られている。しかし、これは現
像剤支持部材にトナーを均一に塗布する事が困難
である事、静電像がきわめて高い電位を有しなけ
れば現像が困難である事、現像像の画像の画質が
劣る事等々の欠点のため、実用に供されるに至つ
ていない。

一成分現像方式のこの様な欠点のため、従来、
殊にカラートナーを用いて現像する場合等には、
トナーとキヤリアを混合した２成分現像剤を用い
る方法が一般的である。ところが、２成分現像方
式はキヤリアの劣化が有る事、トナーとキヤリア
を一定の比率に保たなければならず、その制御が
困難である事、現像器が大型かつ複雑である事等
の欠点を有している。

本発明は、従来の現像方法の前述のごとき欠点
を解消することを目的とするもので、現像器とし
ては、前述の特開昭54−18656号〜18659号公報等
で開示された現像方法に用いられる現像器と同じ
ものか、又はほぼ同じ構成のものを用いる事がで
きる。現像剤は少量のキヤリアを含むが、これは
ほとんど消費される事もなく劣化もない。又、ト
ナーとキヤリアの混合比の許容範囲は広い。

本発明は、いずれか一方を大として大きさの比
が１：３以内である絶縁性トナーと導電性及び磁
性を有する粉体を重量比で１：４乃至１：１で混
合した現像剤を現像剤担持体に供給し、この現像
剤を現像剤担持体上に現像剤規制手段によつて現
像位置における現像剤担持体と像担持体との間隔
よりも薄く層状に塗布し、この現像剤層を現像剤
担持体内に配置された磁石の磁極が像保持体に対
向している現像位置へ運び、現像位置において上
記現像剤担持体と像保持体との間〓に交番電界を
形成して絶縁縁性トナーを像保持体に付着、離脱
させるとともに、導電性磁性粉体を像保持体に付
着、離脱させて現像を行なうことを特徴とする現
像方法である。

導電性及び磁性を有する粉体としては、酸化鉄
粉等が使用可能であるが、磁性体と樹脂を溶融混
合し粉砕し、カーボン等で導電処理した公知の導
電性磁性トナーと同様のものが、より好適であ
る。

現像剤支持部材に現像剤を塗布する方法として
は、例えば特開昭54−43037号公報記載のごとく、
現像剤支持部材に内装された磁界発生手段の磁極
に対向して磁性体のブレードを配置し、磁気カツ
トによりブレードと支持部材との間隙よりも薄い
トナー層を形成することが可能である。磁性を有
しないトナーは一般に現像剤支持部材に均一に塗
付する事が困難であるが、本発明の方法ではトナ
ーは磁性を有するキヤリアと混合されているた
め、キヤリアとともに薄く均一に塗布される。

塗布された現像剤層はきわめて薄く、トナーが
現像剤支持部材、ブレード等と直接接する機会が
多い。そのためキヤリア粉の摩擦帯電特性等はあ
まり重要でなく、トナー自体がすぐれた摩擦帯電
特性を有していれば良好な画像が得られる。従つ
て通常の２成分現像方式に見られるようなキヤリ
アの劣化にともなう画質の低下はほとんど無い。

現像剤は、トナーととキヤリアが混合されたま
まの状態で現像剤支持部材に内装された磁石によ
り支持された潜像保持部材に対向される。ここで
潜像の静電気力及び現像剤支持部材と潜像保持部
材の間に印加された低周波交番電圧により現像剤
が潜像保持部材へと飛び移り、交番電圧に応じて
往復運動する。

以下第１図及び第２図を例にとつてこの現像剤
の往復運動の原理について説明する。図におい
て、下段にはトナー担持体に印加する電圧波形が
示され、ここでは矩形波となつているが、後述す
るようにこれに限るものではない。時間間隔t₁で
大きさVminの負の極性のバイアス電圧が印加さ
れ、また時間間隔t₂では大きさVmaxの正の極性
のバイアス電圧が印加される。Vmin、Vmaxの
大きさは、像面に形成されている画像部電荷が正
で、これを負に帯電したトナーで現像する場合は
画像部電位をV_D、非画像部電位をV_Lとするとき、 Vmin＜V_L＜V_D＜Vmax………(1) を満足するように選ぶ。このように選べば、時間
間隔t₁ではバイアス電圧Vminは静電潜像保持体
の画像部及び非画像部へのトナーの付着を促進す
る傾向にバイアス電界を与えるように作用するの
でトナー転移段階と呼ぶ。また時間間隔t₂ではバ
イアス電圧Vmaxは時間間隔t₁において潜像保持
面へ転移したトナーを逆にトナー担持体へ戻す傾
向にバイアス電界を与えるように作用するのでト
ナー逆転移段階と呼ぶ。

第１図に於けるVth・ｆ，Vth・ｒは、それぞ
れトナー担持体から潜像面へまた潜像面からトナ
ー担持体へトナーが転移するための電位閾値であ
り、図に示された曲線の立ち上がりの最も傾きの
大きい点より、直線で外挿した電位値と考える。
第１図上段には、t₁におけるトナー転移量とt₂に
おけるトナー逆転移度が潜像電位に対してモデル
的にプロツトされている。

トナー転移段階における、トナー担持体から静
電像保持体へのトナー転移量は、第１図に破線で
示したカーブ１の如くになる。この曲線の傾き
は、バイアス交互電圧を印加しない場合の曲線の
傾きにほぼ等しいものである。この傾きは大き
く、しかもV_LとV_Dとの中間の値で、トナー転移
量は飽和してしまう傾向にあり、従つて中間調画
像の再現に劣り、階調性は悪い。第１図に示した
第２の破線のカーブ２は、トナー逆転度の確率を
表わしたものである。

本発明に係る現像方法においては、このような
トナー転移段階と、トナー逆転移段階とが、交互
に繰り返されるように交番する電界を与えその交
番電界のトナー転移段階のバイアス位相t₁では、
トナー支持体からトナーを静電潜像保持体の非画
像部にまでもあえて一旦到達させ（勿論画像部に
も到達させる）、明部電位（V_L）に近い低い電位
をもつ中間調の電位部分にも充分にトナーを付着
させて階調性を向上させるようにし、次いで、ト
ナー逆転移段階のバイアス位相t₂では、上記トナ
ー転移方向と逆方向にバイアスを作用させて、上
述のように非画像部にも到達しているトナーをも
とのトナー支持体側へ復帰させるものである。こ
のトナー逆転移段階では、後述するように、非画
像部に本来像電位を実質的に有しないから、逆極
性のバイアス電界が印加されると上述のように非
画像部に到達しているトナーは直ちに該非画像部
から離れてトナー担持体へ復帰する傾向をもつ。
他方中間調域を含む画像部に一旦付着したトナー
は該画像部電荷に吸引されているから、この吸引
力と逆方向に上述の如く逆バイアスが印加されて
も、実際に該画像部を離れてトナー支持体側へ復
帰する量は少い。このように相互に極性の異なる
バイアス電界を好ましい振幅と周波数で交番させ
ることにより、上記のトナーの転移と逆転移が多
数回、現像位置で繰返される。こうして潜像面に
転移するトナー転移量を静電像の電位に忠実な転
移量とできる。即ちトナー転移通を第１図にカー
ブ３として示した通り、傾きの小さい、且つV_L
からV_Dにかけてほぼ一様なトナー転移量変化を
来たす現象を得ることが出来たものである。従つ
て、非画像部においては、最終的にトナーの付着
は実用上皆無に近く、他方中間調画像部分へのト
ナーの付着は、その表面電位に則した階調性の極
めて高い優れた顕画像が得られる。そして、この
傾向は、静電潜像保持体とトナー担持体の間隙が
現像過程の終期に向つて大となるよう設定して、
現像間隙における上述の電界の強度を減じ、収束
させることによつて一層顕著にある。

本発明に係るこのような現像過程の一例を第２
図に示す。第２図Ａ，Ｂに示されるように、静電
像保持体４は矢印方向に移動し、この間に現像領
域、を通過し、に至る。５はトナー担持体
である。従つて静電像保持面と、トナー担持体は
現像部において最近接位置から、次第にその間隙
を広げていく。同図Ａは静電像保持体の画像部、
同Ｂは非画像部におけるトナー担持体からの転
移、逆転移の電界を示す。又、同図Ｃは、トナー
担持体に印加される交互電圧の波形を示し、静電
像電荷が正の場合、 ｜Vmax−V_L｜＞｜V_L−Vmin｜、 ｜Vmax−V_D｜＜｜V_D−Vmin｜ ……(2) と設定されている。

領域で現像における第１の過程が、又領域
で第２の過程が生じている。第２図Ａに示した画
像部の場合、領域では、交互電界の位相に応じ
てトナーの転移、逆転移の両方が交互におこつて
いる。現像間隙が大となつていくためでは、共
に転移、逆転移電界が弱くなり、トナー転移は可
能であるが逆転移をおこす程（閾値以下）の逆転
移電界はなくなる。では、最早転移、逆転移共
におこらず、現像は完結する。

第２図Ｂに示した非画像部の場合、領域では
トナーの転移、逆転移の両方がおこつている。従
つてこの領域では地カブリが生じている。では
共に転移、逆転移電界が弱くなり、トナー逆転移
は可能であるが転移をおこす程の（閾値以下）の
転移電界は無くなる。したがつてこの領域で地カ
ブリは実質的に起こらず、生じていた地カブリも
除去される。では最早転移、逆転移共におこら
ず、現像は完結する。中間調の画像部について
は、その電位に応じたトナー転移量と逆転移量の
大小によつて最終的な潜像面へのトナー転移量が
決まり、結局第１図の曲線３のように傾きの小さ
い。従つて階調性の高い顕画像が得られる。

このように、現像間隙を飛行させて非画像部に
も一旦トナーを到達させて階調性を改善させ次い
で該非画像部から主として付着トナーをはぎとる
ように作用させるためには、印加する交互バイア
ス電圧の振幅と交番の周波数とを適正に選定する
必要がある。

このようにしてトナー担持体と静電像保持体と
の間で現像剤の往復運動が行なわれるわけである
が、この過程の詳細は未だ十分には解明されてい
ない。本発明では現像剤中のキヤリアと、トナー
はともに飛び移り往復運動をしているものと推定
される。しかしなから、この過程でトナーとキヤ
リアが分離され、トナーのみが潜像保持部材上に
残る。これはキヤリア粒子が導電性であるためで
あると推定される。絶縁体で、かつ電荷を有する
トナーは静電像の画像部に付着すると容易に離れ
ない。ところが、導電性の粒子は、現像剤支持部
材から潜像保持部材に飛び移る過程では、現像剤
支持部材から電荷が注入するが、静電像の画像部
に接した時、静電像の電荷により容易に中和され
場合によつては極性が反転して、現像剤支持部材
への飛び移つてしまう。このように、導電性粒子
は強い付着力を示さないため、最終的には磁力に
より現像剤支持部材に保持される。従つて、静電
像保持部材上には最終的には絶縁性トナーのみに
よつて可視像が形成される。

本発明の現像方法においては、キヤリア粒子は
主としてトナーを現像剤支持部材上に薄く塗布
し、これを磁力により支持し、磁力によりほぐす
ために必要なのであつて、静電的特性はあまり重
要ではない。それ故トナーとキヤリアの混合比は
比較的自由である。さらに、現像剤支持部材上に
所定量のキヤリア粒子が有ればキヤリア粒子は、
現像剤支持部材から離れないのでトナーのみを補
給すれば良い。

〔実施例〕

第３図に示した現像装置を用いて実験を行なつ
た。図の装置で、４は公知の電子写真法によつて
得られた静電潜像を有する静電像保持体である。
５は内部に固定マグネツト・ロール６を有する非
磁性の現像剤担持体としての現像スリーブであ
る。現像部は静電像保持部４に対向して現像スリ
ーブ５の内部に磁極（例えば図示のＳ極、約650
ガウス）を配置し、現像スリーブ５と静電像保持
体４との間隔はスリーブ両端に配したスペーサー
コロによつて300μmに保持されている。又は磁性
体からなるブレードであり、ホツパー８の中の本
発明現像剤９を目的の厚みに規制する。トナーは
主に現像スリーブ５との間で摩擦帯電される。こ
の磁性体又は磁石からなるブレード７に対向し
て、現像スリーブ５の内側にマグネツト・ロール
６の一つの磁極（例えば図示例ではN₁極850ガウ
ス）を配置させている。この場合現像スリーブ５
とこの磁性体からなるブレード７との間隔を
250μmに設定し、磁性体からなるブレード７と現
像スリーブ５との間に磁界によつて現像スリーブ
５の本発明の現像剤９の層の厚みを規制してい
る。現像スリーブ５の回転方向は図のように感光
体の回転方向と同じである。図中１０はスクレー
パーブレードでスリーブ５上の残留現像剤を掻き
落とすためのものであり、１１はスリーブ５感光
ドラム４との間に交番電界を形成するための電源
であり、パルス波、交流、交流に直流を重畳した
電圧等を発生する。この実施例では1000V_P-Pの
交流に＋200Vの直流バイアスを重畳させた電源
を用いた。因みに感光ドラム４上の潜像電位は画
像部で＋500V、非画像部でOVであつた。

使用したトナーは次の通りのものである。

ポリエステル樹脂（融点106℃） 100重量部 ローダミンレーキ顔料 ４重量部 Ｃ・Ｉソノレベント・レツド５２に分類されて
いるアントラキノン系染料、 ２重量部 以上をボールミルで混合粉砕した後、ロールミ
ルで溶融混練し、冷却した後ハンマーミルを用い
て粗粉砕し、次いでエアージエツト方式による微
粉砕機で微粉砕する。得られた微粉砕物を分級し
て５〜20μを選択し、これをトナーとした。これ
はマゼンタのカラートナーである。

使用したキヤリア粒子は、 (1) ミノルタ(株)社製EG101複写機用トナー (2) シヤープ(株)社製SF730複写機用トナー (3) マグネタイト 100部 エポキシ樹脂 100部 を前述のトナーと同様に溶融混練、粉砕、分級
し、得られた粉体に４重量パーセントのカーボン
ブラツクを加えて熱風中で処理したもの。

以上の３種を使用したが、これらの間には顕著
な差異は認められなかつた。以下の実験の説明に
当つてはこれら３種の現像剤について殊に区別し
ては述べない。

この３種の内(2)の現像剤は比較的抵抗が高く、
粉体を加圧しない状態で電極間に挾み抵抗値を測
定したところ、1000V／cmの電界下で10¹²Ωcm、
10000V／cmの電界下で、10⁹Ωcmの抵抗値であつ
た。しかし、これは静電荷を保持するほどに高抵
抗とは言えず、導電性と見なされる。

(3)の現像剤は1000V／cmの電界下で10⁶Ωcm以
下であり、比較的低抵抗である。尚前述のトナー
は同様の測定法で10000V／cmの電界下で10¹³Ω
cm以上の抵抗値を示し測定不能であつた。

以上のトナーとキヤリアを混合して現像剤とし
た用いたところ、トナーとキヤリアの混合比が、
重量比は１：４乃至１：１の時、ほぼ良好な画像
得られたが、現像剤支持部材上の現像剤層に若干
のムラが見られ、それにともなつて画像にわずか
にムラが発生した。

そこで、スクレーパー１０をはずし、現像剤支
持部材を本出願人が先に提案した特願昭55−
16453号明細書に記された通り、支持部材表面を
粗したものに交換した。その結果、ムラがなく良
好な画像が得られた。

ここで、現像器内の現像剤と同量程度のトナー
をホツパー内に追加したが、同様に良画像が得ら
れた。これは、現像剤支持部材上のキヤリア粒子
が、磁力により現像剤支持部材に吸引されてお
り、新たにホツパー内に加えられたトナーとは混
合されず、ホツパー内のトナーが必要量だけキヤ
リア粒子に付着するためである。これらいずれろ
場合にも、潜像保持部材上にはキヤリア粒子の付
着は見られなかつた。

尚、現像器に加えられたバイアス電圧を切り、
現像器を接地したところ、一応現像は可能であつ
た。しかし、画質はバイアスを加えたものよりも
劣るものであつた。

また、キヤリア粒子として前述の例の他、通常
の２成分磁気ブラシ現像に用いられる。表面を窒
化処理した鉄粉（粒径は約50〜100μ）を用いた
が、満足な画像が得られなかつた。これはキヤリ
ア粒子の粒径が大きいため、トナー粒子との混合
が不十分になり易いからであると思われる。又マ
グネタイト粉（粒径は0.2μ程度）を用いると、現
像像に多量のキヤリア粒子をふくむものとなつ
た。これは粒径がトナー粒子に比べてあまりに小
さいため、現像行程でトナー粒子とキヤリア粒子
が十分に分離されないためであると思われる。ト
ナー粒子と、キヤリア粒子の大きさは比較的近い
ものである事がのぞましい。実験によれば、両者
の大きさの比は略１：３以内程度の時、良好であ
る。この場合トナー粒子とキヤリア粒子のいずれ
が大きくても良い。

以上詳細に述べたように本発明では、絶縁性ト
ナーと導電性及び磁性を有する微小な粉体を混合
し、これを背面に磁石を有する現像剤支持部材上
に均一に塗布し、これを潜像保持部材に接触させ
る事なく対向せしめて現像するようにしたから、
トナーの定着性も良好であり、カラートナーも使
用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は潜像電位に対するトナー転移量及びト
ナー逆転移度の特性及び印加電圧波形の一例を示
す説明図、第２図Ａ〜Ｃは本発明に係る現像方法
の過程における現像剤の移動と印加電圧波形を模
式的に表わした過程説明図、第３図は本発明の実
施例を示す現像装置の断面図である。 図において、４……静電像保持体、５……現像
スリーブ、６……固定マグネツト・ロール、７…
…磁性体ブレード、８……ホツパー、９……現像
剤、１０……スクレーパー、１１……バイアス電
源、を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ いずれか一方を大として大きさの比が１：３
   以内である絶縁性トナーと導電性及び磁性を有す
   る粉体を重量比で１：４乃至１：１で混合した現
   像剤を現像剤担持体に供給し、この現像剤を現像
   剤担持体上に現像剤規制手段によつて現像位置に
   おける現像剤担持体と像保持体との間隔よりも薄
   く層状に塗布し、この現像剤層を現像剤担持体内
   に配置された磁石の磁極が像保持体に対向してい
   る現像位置へ運び、現像位置において、上記現像
   剤担持体と像保持体との間〓に交番電界を形成し
   て絶縁性トナーを像保持体に付着、離脱させると
   ともに、導電性磁性粉体を像保持体に付着、離脱
   させて現像を行なうことを特徴とする現像方法。