JPH0497268A - 電子写真現像法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子写真用の現像法、特に磁性キャリアとトナ
ーからなる二成分現像剤を用いる二成分現像法に関する
ものである。

〔従来の技術〕

電子写真現像法には数多くの方法があるが、実用上量も
広く用いられている重要な方法は二成分現像法である。

その中でもトナーを磁性キャリアに混合して、磁場によ
って搬送して現像する磁気ブラシ法はよく用いられてい
る。これは、例えば複数の磁極を有する磁界発生手段を
内蔵する回転可能の非磁性現像スリーブを有する現像装
置を用いるもので、比較的コスト安につき、現像材料の
選択範囲の広さなど優れた点が多く、静電潜像可視化の
標準的方法として用いられている。

磁性キャリアとしては鉄粉、四三酸化鉄（マグネタイト
）、フェライト等の磁性をもった材料からなる、トナー
よりも若干大きな粒子粉末が用いられる。これらはフェ
ライト、マグネタイト等をバインダ樹脂で混線、固めた
後、粉砕して必要な大きさの粉体とするか、水性バイン
ダで造粒後、焼成する等の方法で製造される。通常の磁
性キャリアは３０〜１００μｍ程度の球形もしくは不定
形粒子状態のものが多い。

トナーはキャリアに混合されるとキャリア面との接触に
より帯電し、キャリアに吸着されて均一な混合物をつく
り、現像スリーブ中の磁極の磁場によって拘束され、静
電潜像担持体である感光体の静電潜像面に搬送される。

現像は一般に、現像スリーブ中の磁極の磁場が感光体面
に垂直になっている部分で行われる。磁性のキャリア粒
子は磁場の方向に沿って数珠状に連なって並び、現像ス
リーブ内部磁極上の磁場垂直部では刷子状の穂（磁気刷
子）を形成する。この穂の部分では現像スリーブ面に垂
直な方向に穂と穂の間の間隙ができており、この間隙を
通して電場の作用でトナーが移動して現像が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のような二成分現像法は他の一成分方式等の現像法
と比較して先に述べたような長所をもっているが、一方
、現像効率が低く、ノイズが出やずいという問題点をも
っている。感光体の面に対して現像剤がある相対的な速
度をもっていないと十分な画像濃度が得られない。そし
て相対速度があると、画像の欠陥、特に方向性のエツジ
効果や、ハキムラ、スリ跡などが生じ易い。この相対速
度は感光体の周速に対する現像剤の速度（通常は現像剤
を運ぶ現像スリーブの周速度を用いる）の比で表され、
通常θという記号で表される。この値を１．０に近づけ
ると方向性のエツジ効果とスリ跡、ハキムラは消えるが
、一般に画像濃度が低下し、別のムラやかぶりがひどく
なる。

正常現像の場合、感光体表面の単位面積当たりのトナー
付着量Ｍの代わりに、対応する電荷量Ｑを用いると、次
の式が成り立つ。

Ｑ＝Ｖ／　（ｄｃ／にε。θ＋１／Ｃ，）ただし、■：
感光体表・面電位、ｄｃ　：トナー粒子の感光体方向へ
の平均移動距離と感光体・現像スリーブ間距離の差、ｋ
：現像剤比誘導率、θ：現像剤移動速度（現像スリーブ
周速度）／感光体周速度、ε。：真空誘電率、Ｃ３：ト
ナー層も含めた感光体側等価容量である。

これから、θが小さいときは、感光体の表面電位を高く
するか、トナーの帯電量を減少しないと濃度を上げられ
ず、いずれもいろいろ具合の悪い問題が出るので、一般
にθ＝１近辺の現像は実用的でないと考えられている。

もう一つの方法として、感光体と現像スリーブとの間に
交番電場を印加して現像性を増加する方法が知られてい
るが、通常の二成分現像法ではこの効果は十分ではなく
、逆に、がぶりなどの副作用がでるので、カラーなど特
殊な現像以外には実用されていないのが現状である。

そこで′本発明は、複数の磁極を有する磁界発生手段を
内蔵する回転可能の非磁性現像スリーブを有し、磁性キ
ャリアと絶縁性トナーを含む現像剤を使用する現像装置
を用いて静電潜像担持体上の静電潜像を現像する電子写
真現像法であって、θ−現像剤移動速度（現像スリーブ
周速度）／静電潜像担持体周速度を１に近づけて方向性
のエツジ効果のほとんどない状態で、しかも、高濃度、
高品質の現像を行うことができる電子写真現像性提供す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は前記目的に従い、研究の結果、特公昭５Ｂ−
４３７３９号公報、特公昭６３−４１０６２号公報に開
示されているような静電潜像担持体に対向する二つの同
極性極配置を採用し、特定の現像剤条件、特定の交番電
場条件を採用すれば、θ＝１近辺の周速比で実用上極め
て良好なノイズの少ない二成分現像が可能であることを
見出し、本発明を完成した。

すなわち本発明は、複数の磁極を有する磁界発生手段を
内蔵する回転可能の非磁性現像スリーブを有し、磁性キ
ャリアと絶縁性トナーを含む現像剤を使用する現像装置
を用いて静電潜像担持体上の静電潜像を現像する電子写
真現像法において、前記磁界発生手段の磁極のうち二つ
の磁極をとなり合わせて同極性として前記静電潜像担持
体に臨ませ、該像担持体と前記現像スリーブ間に交番電
場を形成するようにし、前記現像スリーブ表面の現像剤
量を１０〜４０ｇ／ｃ４、現像スリーブ周速／静電潜像
担持体周速を０．７〜１．３、前記交番電場を最大値が
１０ｋＶ／ａｇ＋以上、周波数１〜３ｋＨｚとすること
を特徴とする電子写真現像法を提供するものである。

本発明方法は従来の現像法に比較して大きな差がないよ
うに見えるが、実際の効果は従来の二成分現像法とは異
質のものがある。その理由は静電潜像担持体に対向する
二つの同極性の磁極配置により現像域にトナーの自由に
動ける空間があり、高い交番電場によって帯電トナー粒
子がキャリアから離れて活性化されて帯電トナー雲を形
成することにあると考えられる。キャリアもトナーが離
れて電離したような状態になり、質量が小さく、交番電
場の作用で振動するので、現像の進行を疎外するカウン
ターチャージャの放電が良好で、現像効率が高くなるも
のと考えられる。

本発明現像法では、現像剤中の一部のトナーが交番現場
の作用で振動してキャリアから離れると、その振動が他
のトナー粒子にも波及してほとんど全部のトナーがキャ
リアから離れて振動するようになる（電離）。従って゛
、現像域の現像剤があまり密度の高い状態では電離しな
い。同極性に着磁した２極の間に生まれる現像剤の空間
がこの電離したトナー雲の形成に有効に作用するとみら
れる。

また、印加する交番電場の強さも重要で、ある電場以下
では電離が困難となる。印加する交番電場は、最大値が
１０ｋＶ／ｃ１より小さいと十分な電離効果は得られず
、高い方が望ましいが、気中放電を起こさない範囲とす
る。

印加する交番電圧の周波数は１ｋＨｚより小さいとかぶ
りが出やすく、３ｋＨｚより大きいと現像効率が低下す
る。

現像剤の現像スリーブへの付着量は少ない方が電離しや
すい点では望ましいが、１０■／ｃ４より少なくなると
、現像スリーブ／静電潜像担持体周速比θ＝１では所望
の現像濃度が得にくくなる。

４０■／ｃｊより多くなると、こんどは密度が高すぎて
電離しないか、現像スリーブと静電潜像担持体の間隔が
大きくなり、十分な交番電場をかけられなくなる。

キャリアの質量も大きいものは振動しにくく、カウンタ
ーチャージャの放散が良くないが、小さすぎるとキャリ
ア付着のトラブルが発生する。キャリアの磁気的性質に
よって最適のサイズは異なるが、−船釣には３０〜８０
μｍ程度のものが適当である。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を比較例とともに図面を参照しつ
つ説明する。

第１図は本発明方法の実施に使用する現像装置を示して
いる。一方、第４図は比較例としての従来の現像装置を
示している。

第１図に示す本発明方法の実施に使用する現像装置は、
複数磁極の固定磁石体１に現像スリーブ２を外嵌して図
示しない駆動手段により図中、反時計方向に回転駆動す
るもので、磁性キャリアと絶縁性トナーとを含む図示し
ない現像剤が現像スリーブ２上に供給されることにより
、スリーブ上に現像剤の穂を形成し、現像バイアス電圧
印加のもとに、この穂から図中時計方向に回転する感光
体ドラム３上の静電潜像に′トナーを移行させて、該潜
像を現像できるものである。

ここで、磁石体ｌは感光体ｌに近接した位置で中心角に
して３０＠の間隔をおいて二つの同極性の磁極Ｓを有し
、これら各磁極から中心角５５゜の間隔でＮ極を有し、
さらにそのあとにでＳ極、Ｎ極を交互に配置したもので
ある。

一方、第４図の比較例現像装置は、第１図の現像装置中
の磁石体１に代えて、磁石体１ｏを採用したもので、こ
れはＮ極とＳ極とが交互に配置された通常の８極磁石体
であり、一つのＮ極が感光体１に臨んでいる。

これら画境像装置において、磁性キャリアと絶縁性トナ
ーからなる同一の現像剤を使用し、現像スリーブ２に同
じ現像バイアス直流電圧ＶＢ、交流電圧ＶＡＣを印加し
、現像スリーブ２の周速度、感光体３の周速度を接近部
においてそれぞれ等しくした場合の現像性は、第２図及
び第５図に示すとおりである。

第２図は第１図の現像装置による磁極と感光体ドラムの
位置関係における現像性の変化を示しており、現像性は
現像時にトナーが移動することにより生じる現像電流を
用いて表示しである。図中、ＤＣは直流バイアス電圧の
みを印加したときの現像電流を示しており、■は交流バ
イアスおよび直流バイアスの双方を印加したときの現像
電流を示している。

第５図は第４図の現像装置による現像性を第２図と同様
に示している。

第２図かられかるように、第１図の現像装置によると、
感光体３に臨む磁石体１のとなり合う二つのＳ極の間に
は現像剤層が切れて空間ができていることがわかる。第
４図現像装置によるときには、第５図かられかるように
、このような空間は生じない。本発明実施例では前記空
間を現像剤が飛翔するようになっている。この飛翔の始
まる位置で最も現像性が高く、この位置を現像に利用し
ている。

本実施例では、第１図の構成の現像装置を用い、次の条
件で現像を行う。

使用現像剤：平均粒径１２μｍのポリエステル系トナー
と平均粒径５０〜６０μｍの バインダタイプ磁性キャリアの混合 物でトナー濃度１０ｗｔ％のもの 現像スリーブ２上の現像剤付着量：約２０■／ｄ印加電
圧：現像バイアス直流電圧Ｖ＋＋＝１００Ｖおよび２Ｋ
Ｖｒ−ｒ　　（周波数２ＫＨ２）の交流電圧■１ θ：０．８（感光体周速度　９．６　ｃｍ／　ｓ　）現
像スリーブ２と感光体３との距離（現像ギャップ）：０
．４ｍ 前記条件で幅が３．５〜４閣の静電潜像の現像を行い、
得られたトナー像パターンをマイクロデンシトメーター
で光学濃度測定したところ、第３図に示すとおりであっ
た。

第３図では、潜像が現像域に最初に入る部分を先端とし
てその位置を合わせて示しである。この図かられかるよ
うに、若干のエツジ効果は認められるが高濃度であるた
め、はとんど目立たず、きめの細かい良質の画像が作ら
れている。

なお、現像スリーブ上の現像剤付着量が１０■／ｃｄよ
り少なくなると、第３図におけるＶ３＝４００ｖのライ
ンがＶｓ　＝２００Ｖのラインに近づき、４０■／ｄよ
り多くなると、あとで述べる比較例４における画像濃度
（第９図参照）に近づき、いずれも不良濃度となる。

次に、比較例について述べる。

比較例１ 第４図の比較例現像装置により、θ＝３（感光体周速度
：９．６ＣＩＩ／Ｓ）、現像ギャップ０．７　ａｍ、現
像バイアス電圧Ｖｍ＝１００Ｖのもとで、現像剤として
前記実施例と同一のものを用い、前記実施例と同一の短
冊形静電潜像を現像し、得たパターンをマイクロデンシ
トメーターで光学濃度を測定したところ、第６図に示す
とおりであった。

この図かられかるように、従来の通常の現像法では非常
にエツジ効果が大きく、それも、潜像表面電位およびバ
イアスによって極端な差のあることがわかる。

表面電位■３がバイアス電位■璽に近くなると、像先端
のエツジ効果はあＣ）変わらずであるが、後端のエツジ
効果は次第に小さくなり、ついには、電位の差があるの
に現像されないようになる。この現象は一般に後端かす
れと呼ばれており、現像における重要な問題点となって
いる。

このような現像の方向によるエツジ効果の差は特に中間
調の再現に悪い影響を与える。

比較例２ 交番電圧の印加が現像画像濃度を増大することは知られ
ているので、第４図の現像装置により、前記比較例１と
同じ条件に加え、交流電圧ＶａＣとして、２　Ｋ　ＶＰ
−Ｐ　、２　Ｋ　Ｈｚを印加して現像を行ったところ、
第７図の画像濃度分布を得た。

第７図かられかるように、単に交流電圧を印加するだけ
では方向性のエツジ効果は改良されず、後端かすれ現象
などはかえってひどくなることがわかる。

比較例３ 第４図の比較例現像装置において、現像スリーブ２の回
転数を下げてθ＝１．１とし、交流電圧は印加せず、そ
の他は前記比較例１と同一条件で現像を行ったところ、
第８図に示す現像画像濃度分布を得た。この図から、θ
を１に近づけると、画像濃度が低下することがわかる。

比較例４ θ＝１．１のまま、画像濃度を上げるため、現像スリー
ブ２に２ｋＶ、、　、２ｋＨｚの交流電圧■ＡＣを印加
したところ、第９図に示す結果となり、やはり、到底実
用的な濃度は得られなかった。

比較例５ 第１図に示す現像装置を用い、θ＝１．１　　（感光体
周速度９．６　ｅｌｌ／　ｓ　）　、現像ギ’ｒｙプ０
．４　ａａとし、交流電圧を印加せずに現像バイアス電
圧■８＝１００■のもとで、現像剤として前記実施例と
同一のものを用い、前記実施例と同一の短冊形静電潜像
を現像し、得たパターンをマイクロデンシトメーターで
光学濃度を測定したところ、第１０図に示すとおりであ
った。

この図から、交番電場を印加せずに、単に同極着磁の磁
石体１を採用するだけでは、十分な画像濃度が得られな
いことがわかる。

次に、パターン中央部における現像濃度と現像電位差（
感光体上の潜像表面電位■３と現像バイアス電位■８の
差）の関係を前記実施例および比較例３．４および５に
ついて示すと、第１１図のとおりとなる。

第１１図から、本発明実施例方法によると、現像効率が
高く、現像電位差が低くても高濃度が得られるだけでな
く、現像濃度と電位差の比例関係がきわめて良好である
ことがわかる。これは中間調の再現には望ましい特性で
ある。

〔発明の効果〕

本発明によると、複数の磁極を有する磁界発生手段を内
蔵する回転可能の非磁性現像スリーブを有し、磁性キャ
リアと絶縁性トナーを含む現像剤を使用する現像装置を
用いて静電潜像担持体上の静電潜像を現像する電子写真
現像法であって、θ＝現像剤移動速度（現像スリーブ周
速度）／静電潜像担持体周速度を１に近づけて方向性の
エツジ効果のほとんどない状態で、しかも、高濃度、高
品質の現像を行うことができる電子写真現像性提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いる現像装置例の概略構
成図、第２図は第１図の現像装置による現像性を示す図
、第３図は第１図の現像装置を用いる本発明の一実施例
により得られた画像濃度状態を示すグラフである。第４
図は比較例実施のための現像装置の概略構成図、第５図
は第４図の現像装置による現像性を示す図、第６図から
第１０図はそれぞれ比較例における画像濃度状体を示す
グラフ、第１１図は実施例および比較例における現像濃
度と現像電位差の関係を示すグラフである。 １・・・磁石体　　　　　　２・・・現像スリーブ３・
・・感光体ドラム 第１図 第２図 出願人　ミノルタカメラ株式会社 第 図 感光体円周方向距離（ｍｍ） −り瑠ポ朴町館 第 図 第 図 ちり猷朴町ゼ 第 図 感光体円周方向距離（ｍｍ） 第 図 感光体円周方向距離（ｍｍ） 第 図 第 図 Ｓ Ｖ　Ｉ＋ （Ｖ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の磁極を有する磁界発生手段を内蔵する回転
   可能の非磁性現像スリーブを有し、磁性キャリアと絶縁
   性トナーを含む現像剤を使用する現像装置を用いて静電
   潜像担持体上の静電潜像を現像する電子写真現像法にお
   いて、前記磁界発生手段の磁極のうち二つの磁極をとな
   り合わせて同極性として前記静電潜像担持体に臨ませ、
   該像担持体と前記現像スリーブ間に交番電場を形成する
   ようにし、前記現像スリーブ表面の現像剤量を１０〜４
   ０ｍｇ／ｃｍ＾２、現像スリーブ周速／静電潜像担持体
   周速を０．７〜１．３、前記交番電場を最大値が１０ｋ
   Ｖ／ｃｍ以上、周波数１〜３ｋＨｚとすることを特徴と
   する電子写真現像法。