JPH0424710B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静電像の現像方法に関し、更に詳言
すれば一成分現像剤を使用する現像方法に係り、
特に、地カブリがなく画像鮮明度にすぐれ、階調
性に富む可視像を得ることを可能にする静電像現
像方法及びその装置に関する。

従来、一成分現像剤を使用する電子写真現像方
法として、トナー粒子を噴霧状態にして用いるパ
ウダー・クラウド法、ウエブ・シート等によりな
るトナー支持部材上に形成した一様なトナー層を
静電像保持面に接触させて、現像をおこなうコン
タクト現像法、トナー層を静電像保持面に直接接
触させず、静電像の電界により保持面にトナーを
選択的に飛行させるジヤンピング現像法、また、
導電性磁性トナーを用いて、磁気ブラシを形成
し、静電像保持面に接触させて、現像するマグネ
ドライ法等が知られている。

上述の各種一成分現像方法のうち、パウダー・
クラウド法、コンタクト現像法及びマグネドライ
法は、トナーが静電像保持面に画像部（本来トナ
ーが付着すべき部分）、非画像部（本来トナーが
付着すべきでない地の領域部分）の区別なく、接
触するため、非画像部にもトナー付着が生じ、所
謂地かぶりの発生を避けることが出来なかつた。
しかしながら、ジヤンピング現像法（例えば特公
昭41−9475号公報に記載の方法）は、トナー層と
静電像保持面とが、非接触で間隙を有するように
して現像するため、地かぶりの防止という点では
極めて有効な方法である。しかしながら現像に際
し、静電像の電界によるトナーの飛行現像を利用
しているため、得られる可視像は一般に次のよう
な欠点を有している。

第１は、画像部端部において鮮明度が低下する
という問題である。画像端部における静電像の電
界の様子は、電子写真感光体上に形成した静電潜
像の場合第４図ａの様になつている。即ち、画像
部の中央付近は現像剤支持体として導電性の部材
を用いれば、電気力線は、画像部より発して、ト
ナー支持体まで到達しているためトナーはこの電
気力線に沿つて飛行し、感光体面に付着し現像が
行なわれる。しかし画像部端部においては、非画
像部に誘導される電荷の為電気力線がトナー支持
体まで到達せず、まわり込みが生じているため、
飛行してきたトナーの付着は極めて不確実で、か
ろうじて付着するものもあれば、付着しない場合
もある。これが為に得られる画像は、画像部端部
において、シヤープさの欠けた不鮮明なものとな
り、また線画の現像においては、原画よりも細つ
た感じで現像されるという不都合が生ずる。

通常のジヤンピング現像法に於てこれを避ける
には、静電像保持面と、現像剤支持体表面との間
隙を充分に小さく（例えば100μ以下）しなけれ
ばならず、実際上、上記二面間での現像剤や混入
異物の圧接事故を生じ易い。又、そのような微小
間隙を維持することは、装置設計上の困難さを併
うことが多い。

第２に、ジヤンピング現像法によつて得られる
画像は一般に階調性に欠けるという問題である。
ジヤンピング現像法においては、静電像の電界に
よつてトナーが、トナー支持体への拘束力に打ち
勝つたとき始めて飛行する。このトナーをトナー
支持体に拘束している力は、トナーとトナー支持
体との間のフアンデル・ワールス力、トナー同志
の付着力、及びトナーが帯電していることにもと
ずく、トナー支持体との間の鏡映力等の合力であ
る。従つて静電像の電位がある一定の値（以下、
トナーの転移閾値と呼ぶ）以上になり、それによ
る電界が、上記トナーの拘束力以上になつた時始
めて、トナー飛行がおこり、静電像保持面へのト
ナー付着が生ずる。もつとも、上記トナーの支持
体への拘束力は、一定の処方により製造・調合さ
れたトナーであつても、個々のトナーにより、或
いはまたトナーの粒径等により、その値は異なる
が、ほぼ一定の値のまわりに狭く分布しているも
のと考えられ、それに対応して上記トナー飛行の
生ずる静電像表面電位の閾値もある一定の値のま
わりに狭く分布しているものと思われる。このよ
うに支持体からのトナーの飛行の際に、閾値が存
在するため閾値を越える表面電位を有する画像部
には、トナー付着が生ずるが、逆に閾値以下の表
面電位を有する画像部にはほとんどトナー付着が
生じないと言う結果になり、所謂γ（ガンマ＝静
電像電位に対する画像濃度の特性曲線の勾配）の
立つた階調性にとぼしい画像しか得られないとい
う結果になる。

本発明は、上述の各種一成分現像方法の問題点
を除去すべくなされた発明であつて、その主たる
目的とするところは、画像端部の再現性にすぐ
れ、地カブリがなく階調性に富む可視像を得るこ
とを可能にする静電像の現像方法及びその装置を
提供することにある。

以下、本発明に係る実施態様並びに実施例を図
面を参照して、詳細に説明する。

第１図を例にとつて本発明の原理を説明する。
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は現像を促進する
傾向に作用するも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は現像を抑
止し、時間間隔t₁において潜像面へ転移したトナ
ーを逆にトナー担持体へ戻す傾向に作用するので
トナー逆転移段階と呼ぶ。

第１図に於けるVth・、Vth・ｒは、それぞ
れトナー担持体より潜像面へ、また潜像面よりト
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、トナー逆転移度の確
率を表わしたものである。

本発明に係る現像方法に於いては、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
に繰り返されることを特徴の１つとするが、更に
第２の特徴として、現像過程の後半にかけて、ト
ナー担持体と静電像保持体との間の間隙即ち現像
間隙に働く電界の強度を、以下に述べる方法によ
り特異な態様で変化させる、換言すると電界強度
の調節を行わしめることにより、トナーの転移を
制御して最終的には、静電像保持体の表面に転
移、付着して現像に寄与するトナーの転移量を、
静電像の電位に応じて収束せしめ、トナー転移量
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
転移量変化を来す現像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。

現像間隙における斯かる電界強度の調節の方法
としては、印加交互電圧を次第に適当な直流一定
値に収束させていく方法もあるが、本発明は現像
間隙そのものを現像過程において大きくしていく
方法を採用している。以下、その方法について詳
述する。

この方法における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、次段にその間隙を広
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。波形の中に示した実線矢印はトナーの転
移を起こす電界、破線矢印はトナーの逆転移を起
こす電界である。

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。現像間隙が離れていくためでは、転移及
び逆転移電界共に電界が弱くなり、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１図の曲線のように傾きの小さい。従つ
て階調性の高いものになる。

ここで本発明の効果が明確に現れた実験結果を
第３図Ａ，Ｂに示した。これは静電像電位Ｖに対
する画像反射濃度Ｄを測定したもので、実験結果
をプロツトしたものが図示されている。以下、こ
の曲線をＶ−Ｄ曲線と呼ぶ。実験は次の構成のも
とになされたものである。円筒形の静電像形成面
に、正の静電荷潜像が形成されている。トナーと
しては後述する磁性トナー（マグネタイト含有量
30％）を用い、磁石を内包した非磁性スリーブ上
に層厚約60μ程度に塗布し、該トナーと該スリー
ブ表面との摩擦によつて該トナーに負電荷を付与
する。この静電像形成面と磁気スリーブとの間の
現像最小間隙を100μに保持した場合の結果を第
３図Ａに、同300μに保持した場合の結果を第３
図Ｂに示した。スリーブにより内包される磁石に
よる現像部での磁束密度は約700ガウスである。
上記円筒形静電像形成面と上記スリーブは略同速
で回転し、その速度は約110mm／secである。従つ
て、静電像形成面は、現像部において最小間隙を
通過後、次第にトナー担持体より離れていく。こ
のスリーブに印加される交互電界は振幅400V（ビ
ーク・ツ・ピーク800V）の正弦波に直流電圧＋
200Vを重畳している。第３図には、この印加電
圧の交番周波数が100Hz、400Hz、800Hz、1KHz、
1.5KHz（第３図Ａのみ）の場合のＶ−Ｄ曲線、
及び外部バイアス電界を印加せず、上記静電像形
成面の背面電極と上記スリーブとを導通した場合
のＶ−Ｄ曲線が図示されている。

これらの結果から、外部電界を印加しない場合
には、Ｖ−Ｄ曲線の傾き、所謂γ値は非常に大き
いが、低周波の交互電界を印加することによつ
て、γ値は小さくなり、極めて階調性が高くなる
ことがわかる。外部電界の周波数を上げると、次
第にγ値は大きくなり、階調性を高からしめる効
果は薄れていき、間隙が100μの場合上記の振幅
のもとでは周波数が1KHzを越えると効果が極め
て弱くなり、又間隙が300μの場合、周波数が800
Hz程度になると効果が減少し、1KHzを越えると
効果が極めて弱くなる。この原因は次のように考
えられる。交互電界が印加された現像過程におい
てトナーが、スリーブ表面と潜像形成面の間で付
着、離脱をくり返すとき、確実にその往復運動を
行うには有限の時間が必要である。とくに弱い電
場を受けて転移する場合、トナーは転移を確実に
行うのに長い時間を要する。一方中間調の濃度を
再現するには弱い電場であつてもある閾値以上の
電場を受けたトナーが交互電界の半周期内に確実
に転移する必要がある。それには交互電界の周波
数が低い方が有利であり、従つて実験結果に表わ
されるように非常に周波数の低い交互電界でとく
に良い階調性が得られることになる。この議論の
正当性は第３図Ａ，Ｂの両実験結果の比較から得
られる。第３図Ｂに示した結果は静電像形成面と
スリーブ表面との間隙を300μと大きくした以外
は、第３図Ａに示した実験と同一条件のもとでな
されたものである。間隙を広げるとトナーのうけ
る電界強度は小さくなり、よつてトナーの転移速
度は小さくなる。さらに飛行距離も長くなるた
め、結局転移時間は長くなる。実際に第３図Ｂに
より明らかな如く、800Hz程度でγ値は相当大き
くなり1KHzを越えると殆んど交互電圧を印加し
ない場合のγ値と同等になつてしまう。従つて階
調性向上に関して間隙の狭い場合と同等の効果を
生ぜしめるためには、より周波数を低下させる
か、交互電圧の強度を上げることが好ましい。

一方、周波数が余りに低すぎると、潜像形成面
が現像部を通過する間にトナーの往復運動が充分
に繰り返されず、画像には交互電圧により現像ム
ラが生じ易くなる。上記実験の結果、周波数40Hz
までは、おおむね良好な画像が得られそれを下ま
わると、顕画像にムラが生じた。斯かる顕画像に
ムラを生じないための周波数の下限は、現像の条
件、中でも現像速度（又はプロセス、スピードと
も言う、Vpmm／sec）に特に依存することが判明
した。本実験において静電像形成面の移動速度は
110mm／secであつたから、周波数下限は、40／110× Vp0.3×Vpとなる。尚印加する交互電圧の波
形は、正弦波、矩形波、鋸歯状波又は、これらの
非対称波等のいずれについても効果のあることが
確認された。

このように、交互バイアスを印加することは階
調性向上に著しい効果をもたらすものであるが、
その電圧値が適正に設定されなければならない。
即ち、交互バイアスの｜Vmin｜を大きくとりす
ぎると、トナー転移段階における非画像部へのト
ナー付着量が多過ぎ、現像の第二過程において、
そのトナーが充分に取り去られず、画像にカブリ
汚れが生ずる場合がある。又、｜Vmax｜を大き
く取り過ぎると、逆に画像部からのトナーの引戻
しが大きくなり、所謂べた黒部の濃度が低下して
しまう。これらの現像をおこさず、しかも階調性
効果を充分に上げるためには、 VmaxV_D＋｜Vth・ｒ｜ ……(3) VminV_L＋｜Vth・｜ ……(4) の程度にとるのが妥当である。Vth・、Vth・
ｒは既に説明した電位閾値である。交互バイアス
の電圧値をこのように選べばトナー転移段階にお
いて過剰なトナーが非画像部に付着することと、
トナー逆転移段階において、画像部よりトナーを
引き戻し過ぎることなく、適正な画像を得ること
ができる。

以上述べた如く、潜像形成面−トナー担持体間
に外部交互電圧を印加することは著しく画像の階
調性を向上せしめカブリを防止できるものである
が、さらに以下に述べる如く、現像剤として磁性
トナーを現像剤担持体として永久磁石を内包する
スリーブを用い、外部交互電圧値を適当に設定す
ることによつて、同時に線画像の再現性をも向上
せしめることが可能となる。

以下、静電像形成電荷を正として説明を行うが
これに限定されない。所謂ジヤンピング現像法に
於ては、潜画像端部より発する電気力線が第４図
Ａに示されるように潜像形成面の背面電極にまわ
りこみ、トナー担持体表面に到達し得ず、したが
つてトナー担持体より出発したトナーは画像端部
には付着しにくい。このため得られる画像はライ
ンの細りや、端部のきれの悪いものになりがちで
ある。

そこでこの系において、交互バイアスを印加
し、そのVminを充分に低くとると、トナー転位
段階での現像部における電気力線は、第４図Ｂに
示される如くになる。即ち、静電像端部における
電気力線のまわりこみは小さく、平行電界が形成
される。これにより、端部にまで確実にトナーを
付着させることが可能となる。但し、既に述べた
ように、一般にはVminを低く取り過ぎると、非
画像部におけるカブリ汚れが生じる。

本発明の実施態様に於て、現像剤として磁性ト
ナーを、又現像剤担持体として、永久磁石を内包
したスリーブを用いたことの利点は、主にこの点
を解決することにある。現像剤における磁性体含
有量、永久磁石の磁場強度を適当に設定すること
により、スリーブ上へのトナーの拘速力を一様に
高め、従つて、Vth・の値を充分に大きくする
ことができる。その結果トナー転移段階での非画
像部へのトナー付着を少量に押えた状態でVmin
を低く設定することができた。

このようにして、磁性トナーを用いた、ジヤン
ピング現像において、交互バイアスを印加するこ
とにより、階調性が高く、端部の鮮明な、しかも
かぶり汚れのない画像を得ることが可能となつ
た。

一方、一般に、高抵抗トナーのジヤンピング現
像における現像剤の現像部への搬送及び電荷付与
は極めて難しい問題である。その中で現像剤とし
て磁性トナーを用い、スリーブによつて搬送を行
ない、又、スリーブ表面や塗布部材とトナーとの
摩擦帯電によつて電荷を与える方法は極めて有利
な方法の１つであると考えられる。

又、この磁性トナーをスリーブ上に塗布する手
段としては、スリーブに弾性体を圧接する方法
や、磁性体をスリーブ内永久磁石の磁極位置に対
向させてスリーブ表面とは非接触に保ち、磁力に
よつて磁性トナーの塗布厚を規制する方法が考え
られる。スリーブと静電像保持体とを対峙させ、
同方向に略同速で回動させて現像を行う場合、通
常のジヤンピング現像では、スリーブ上のトナー
の塗布状態がそのまま画質に影響し、前者の方法
で塗布した場合には、塗布状態は比較的緻密であ
り、画質は良い。しかしながら、この塗布方法に
はトナーをスリーブ表面に強く摺りつけることに
なるため、スリーブ表面にトナーの樹脂分の付着
を招き、その結果としてトナーの帯電を著しく防
げる。

一方、後者の方法を用いれば、スリーブ表面へ
のトナーの付着は最低限に押えられるがスリーブ
表面上におけるトナーの塗布状態はトナー粒子の
塊が散在した状態となつて、粗く、その結果現像
後の画質はその状態をそのまま反映して、第５図
Ａに示すように粗びたものとなる。

ところが本発明において繰り返し述べている交
互バイアスを現像部に於て印加することにより、
トナー粒子は潜像とスリーブ表面の間で往復運動
を行ない、その過程で１ケ１ケの粒子にほぐさ
れ、第５図Ｂに示すように静電像面画像部には、
トナーが緻密に付着することが可能になる。

以下、具体的な詳細を実施例を用いて示す。

第６図で、２１は、CdS層の上に絶縁層を有す
る感光ドラム、２２はアルミニウム製スリーブで
あつて部材２１と２２は、周速400mm／secの略同
速で同一方向に回転する。又、感光ドラム２１と
スリーブ２２の直径は、それぞれ200mm、50mmで
あつて、両者は最小間隙300μに保持されており、
その近傍において現像部を形成する。両者はその
回転に併い最近接位置を通過後必然的にその間隙
が大きくなる形状となつている。

２３はスリーブ内にあつて固定させる等方的永
久磁石、２４は後述する磁性トナー、２５は該ト
ナーをスリーブ上に均一塗布するための鉄製ブレ
ードである。

本実施例において用いた磁性トナーの成分は次
の通りである。

ポリエステル樹脂 フエライト カーボンブラツク コロイダルシリカ 73 wt％ 25 wt％ 2 wt％ 0.3外添 ブレード２５は、磁石２３の磁極に対向する位
置に、その先端とスリーブ２２の間隙を250μに
保持して設置されている。ブレード２５の先端位
置での磁界は約750Gである。磁性トナー２４は
ブレード２５によつて、厚さ約120μ規制され、
スリーブ２２の表面との摩擦により負電荷を供与
されつつ現像部に搬送される。現像位置はスリー
ブ内磁石の極間に対向している。即ち、図示の如
く互いに異極性で、かつ互いに隣り合つたＮ極と
Ｓ極が、スリーブ２２と感光ドラム２１の最近接
位置を間に挟むように配置されている。２７はト
ナー容器である。

スリーブ２２とブレード２５は、その間での放
電を防ぐため、電気的導通状態に保たれて電源２
６によつて、２１の導通支持部材に対して交互電
圧が印加される。交互電圧の周波数は400Hzであ
り、振巾600V（1200Vpp）の正弦波に、直流電圧
＋200Vを重畳する形で印加される。又、静電像
電位は、画像部＋350V、非画像部−20Vである。

上記構成のもとに、階調性の高いカブリのない
鮮明な画像を得ることができた。

以上の説明において、画像部電位V_Dが正であ
る場合について詳述したが、本発明はこの場合に
限定されることなく、画像部電位が負電位の場合
にも適用でき、この場合、電位の正の方向を小、
負の方向を大とすれば、同様に適用できる。従つ
て、斯かる画像部電荷が負の場合、先述した(1)〜
(4)は次の(1)′〜(4)′として表わされる。

Vmax＞V_L＞V_D＞Vmin ……(1)′ ｜Vmin−V_L｜＞｜V_L−Vmax｜ ｜Vmin−V_D｜＜｜V_L−Vmax｜ ……(2)′ VminV_D−｜Vth・ｒ｜ ……(3)′ VmaxV_L＋｜Vth・｜ ……(4)′ 本発明は、像担持体に形成された静電潜像を現
像する現像部に磁性現像剤を担持搬送する中空の
現像剤担持体と、この中空の現像剤担持体内に固
定配置された磁石と、上記現像剤担持体が現像部
に担持搬送する現像剤層の厚みを、現像部に於い
て像担持体と現像剤担持体との最小間隙よりも薄
い厚みになるように規制する現像剤層厚規制部材
と、像担持体に現像剤を繰り返し付着、離脱させ
る交互電界を現像部に形成する交互電界形成手段
と、を有し、上記磁石は、互いに異極性で、かつ
互いに隣り合つた２つの磁極が、現像剤担持体と
像担持体との間の上記最小間隙位置を間に挟んで
位置するように固定配置されている現像装置、で
あるので、カブリがより一層抑制されるととも
に、より一層高濃度で、しかも特にベタ部に於け
るガサツキが抑制されたより緻密な画像が得ら
れ、しかも階調性の良い画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る現像方法の原理を説明す
るグラフ並びに印加電圧波形の一例を示す図、第
２図Ａ，Ｂは、本発明に係る現像方法の第一、第
二の過程の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Ａ，Ｂは、本発明
に係る現像方法における低周波電圧印加の場合の
静電像電位対画像濃度の特性を示す図、第４図
Ａ，Ｂは静電像から発生せる電気力線の説明図、
第５図Ａ，Ｂは現像剤の移動を説明する説明図、
第６図は本発明に係る現像方法を具現した各実施
例の説明図である。 静電像保持体……４，２１、現像剤担持体……
５，２２。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 像担持体に形成された静電潜像を現像する現
   像部に磁性現像剤を担持搬送する中空の現像剤担
   持体と、 この中空の現像剤担持体内に固定配置された磁
   石と、 上記現像剤担持体が現像部に担持搬送する現像
   剤層の厚みを、現像部に於いて像担持体と現像剤
   担持体との最小間隙よりも薄い厚みになるように
   規制する現像剤層厚規制部材と、 像担持体に現像剤を繰り返し付着、離脱させる
   交互電界を現像部に形成する交互電界形成手段
   と、を有し、 上記磁石は、互いに異極性で、かつ互いに隣り
   合つた２つの磁極が、現像剤担持体と像担持体と
   の間の上記最小間隙位置を間に挟んで位置するよ
   うに固定配置されている現像装置。