JPS598831B2

JPS598831B2 - トナ−層形成装置

Info

Publication number: JPS598831B2
Application number: JP10924077A
Authority: JP
Inventors: 長穂細野; 康一木下; 通高橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1977-09-10
Filing date: 1977-09-10
Publication date: 1984-02-27
Also published as: JPS5443037A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は例えば静電像を現像剤にて現像する装置におけ
るトナー層形成装置に関し、更に評言すれば、磁性現像
剤（以下磁性トナーと言う）を現像時に用いるため磁界
を介在させつつ該トナーのトナー支持体への付着層の厚
みを規制するトナー層形成装置に関する。

従来、電子写真、静電記録における現像装置に採用され
ている方法としては、大別して乾式現像法と湿式現像法
とがある。

前者は、更に二成分系現像剤を用いる方法と、一成分系
現像剤を用いる方法とに二分される。二成分系現像方法
に属するものには、トナーを搬送するキャリヤーの種類
により、鉄粉キャリヤーを用いるマグネットブラシ法、
ビーズ・キャリヤーを用いるカスケード法、ファーを用
いるファーブラシ等がある。又、一成分系現像方法に属
するものには、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、トナー粒子を直接的に静電潜像面に接
触させて現像する接触現像法（コンタクト現像、又はド
ナー現像ともいう）、トナー粒子を静電洗像面に直接接
触させず、トナー粒子を荷電して静電潜像を有する電界
により該潜像面に向けて飛行させるジヤンピング現像法
、磁性の導電性トナーを静電潜像面に接触させて現像す
るマグネドライ法等がある。二成分系現像方法では、必
然的にキャリヤー粒子とトナー粒子の混合現像剤を用い
、通常現像過程の進行によりトナー粒子はキヤリヤ一粒
子に比らべ遥かに大量に消費されるから、両者の混合比
が変化し、もつて懸画像の濃度が変動し、又消費され難
いキヤリヤ一粒子の長時間使用による劣化により画質が
低下する等の欠点を本来有している。他方、一成分系の
現像方法では、磁性トナーを用いるマグネドライ法及び
磁性トナーを用いないコンタクト現像法は、トナーが被
現像面の全面、即ち画像部、非画像部共に接触し、これ
がために非画像部にまでもトナーが付着し易く、所謂地
カブリとなつて汚れが生じ易い問題があつた。（このカ
ブリ汚れの点については二成分系現像法においても同様
に生じる欠点であつた。）ヌ、パウダークラウド法にお
いてもパウダー状態のトナー粒子が非画像部に付着する
ことは避けられず、同じく地カブリが除去できない欠点
を有していた。更に、一成分系現像方法に属する所謂ジ
アンピング現像法として、シート等の担持体にトナーを
均一に塗布した後、これを静電像保持面に小間隙を保つ
て対向させ、トナー担持体から静電像保持面にトナーを
静電像が有する電荷により吸引し付着させて現像する方
法が知られている（特公昭４１−９４７５号公報。米国
特許第２８３９４００号明細書等）。この方法は、静電
荷のない非画像部では、トナーが吸引されないばかりか
、トナーと非画像面とが接触しないので、上述のカブリ
が出にくいという長所を有している。又、キヤリヤ一粒
子を用いないので、上述した混合比の変動という事態も
なく、更にキャリャ一粒子の劣化もない。しかしながら
この方法は、以下に述べる種々の欠点の為に未だ本格的
な実用化はなされたことがなかつた。

（１）実用的な均一塗布が困難である。

トナー担持体シートに予めトナーを付着させるため、電
界を与えているが、均一な付着が得にくい。均一にトナ
ーを塗布する方法として、周知の剛体ブレードを挙げて
みるに、液体と異なり、粒子を均一に且つ薄く塗布する
ことが困難で塗布ムラが出易い。このムラは現像に直接
的に再現されるので、実用的な画像再現に適しない。こ
の改善策として、トナーを担持するシートの表面を布・
紙等にして、それらの繊維のトナーをうめ込む方法もあ
るが、繊維の荒さよりもキメの細いトナー粒子はつくり
難く、均一な塗布が出米るとは言い難い。一方、カスケ
ード現像法により、シート状担持体に予めトナーを付着
するものは装置が大型化し、これまた実用的でない。（
２）トナー担持体からの均一なトナー離脱が困難である
。次に塗布されたトナー層が、静電像と対向したとき、
均一にトナーを離脱させ像面へ転移させることが必要だ
が、この転移が均一に生じないと、均一な現像がおこな
われないことになる。この様な均一なトナーの離脱は、
該トナーを担持するシートの表面性にも依存し、又、担
持体への途布時の状態、更にはトナーの特性にも影響さ
れ、従来実用レベルに達したものがない。（３）解像度
が低い。

従来知られているジアンピング現像法は、トナー担持体
上に静電気的にトナーを付着させる方法を採用しており
、仮に比較的薄いトナー層が担持体上に形成されたとし
ても、トナー粒子の持つ互いに反撥する電荷により、静
電像面との空隙が３ｍ１Ｌ程度になると、トナーが該担
持体表面から離脱して静電像面に向けて飛翔するものと
考えられる。

しかるにこの様に広い間隙ではトナーがその担持面から
離脱して静電像面に向かつて飛行する時間が長くなり、
その飛行の隙の該間隙を流れる気流、トナーの重力、又
静電像面やトナー担持体の振動等の影響を受け易く、現
像画像が乱れ易くなる。又細線や細字の静電像の電界が
トナー担持面にまで忠実に到達せず、細線や細字が細り
、あるいは、トナーの飛行が生じなくなり、解像力が非
常に低下する結果が生じ易い。他方、上記の間隙が狭小
すぎると、今度は細線や細字の画像がつぶれた太線の像
となり易く、忠実な画像が得にくいものとなる。本発明
は従来の斯かる欠点をことごとく除去し、忠実性が高く
、画質の安定した静電像現像装置におけるトナー層形成
装置を提供することを目的とするものである。詳言する
に、本発明は、（１）均一なトナー層を簡便な装置によ
つて得る。（２）きわめて薄く且つ層厚の均一なトナー
層を現像部において維持する。（３）対向する静電潜像
面に対して均一なトナー離脱が可能なトナー層を得る。

これらにより非画像部では地カブリ現象を全く除去し、
且つ画像部には均一で高解像力のトナ臼面像が得られる
ようにした静電像の現像装置におけるトナー層形成装置
の提供を目的とする。

本発明は斯かる目的を実現すべく、次の特徴又は実施態
様を有するトナー層形成装置を提供するものである。（
１）表面に磁性トナーを支持しこれを搬送するための移
動するトナー支持手段と、該トナー支持手段上に磁性ト
ナーを供給する手段と、トナー支持手段のトナーを支持
する面とは逆の側に固定して配置された磁界発生手段と
、該固定磁界発生手段によつて形成された静止磁界がト
ナー支持手段を越えて及ぶ範囲内に、トナー支持手段に
近接して配置した磁性トナーの層厚を規制するための磁
性部材とを有することを特徴とするトナー層形成装置。

（２）第１項に記載のトナー層形成装置において、上記
磁性部材は上記磁界発生手段の磁極に対向して配置され
ていることを特徴とするトナー層形成装置。

（３）第１項又は第２項に記載のトナー層形成装置にお
いて、上記磁性部材は上記磁界発生手段からの磁力線を
集中させる部分を有することを特徴とするトナー層形成
装置。

（４）第１項から第３項のいずれか１項に記載のトナー
層形成装置において、上記磁性部材が磁石であることを
特徴とするトナー層形成装置。

（５）第１項から第４項のいずれか１項に記載のトナー
層形成装置において、上記磁性トナーは一成分絶縁性の
トナーであることを特徴とするトナー層形成装置。以下
本発明に係る装置の実施例を図面を参照して詳細に説明
する。

第１図は本発明に係るトナー層形成装置が適用可能な複
写装置又は記録装置の一例の概略の構成を示すものであ
る。

勿論これに限定されない。図において、１は光導電層を
含む感光体ドラムで、表面に絶縁層を有するもの或いは
有しないもの、いずれも使用可能で、勿論シート状、ベ
ルト状のものも可能である。２は周知の感光化帯電装置
、３は原稿像、又は光像、或いは画像信号により変調さ
れた光ビーム等を投影する光像照射装置である。

これらにより感光体１に静電像を形成する。この靜電像
形成：プロセスは、所謂カーノレソンプロノセス、或い
は特公昭４２−２３９１０号公報、同４３−２４７４８
号公報、同４２−１９７４８号公報、同４４−１３４３
７号公報等に記載のプロセス、その他のプロセスが適用
できる。

４は本発明に基づくトナー層形成装置を有する現像装置
であり、これにより感光体１上の静電像に従つたトナー
粒子顕画像を形成する。

５は斯かるトナー像を転写材６に転写する装置である。

尚転写性向上のため転写前にあらかじめ顕画像にコロナ
放電等により電荷を付与する場合もある。又、感光体１
上の静電像を一旦別の像担持体に移し、これを現像装置
４により顕画像とする、所謂静電像転写方式を採用する
ことも可能である。７は、転写後の感光体１上の残留ト
ナを清掃して除去する、感光体の再使用のためのクリー
ニング装置である。

第２図は本発明が適用できる現像装置の第１の実施例を
示すものである。図に於いて、１は静電像保持手段とし
ての感光ドラムであり、勿論ベルト状、シート状の形態
のものでも良い。８は、この保持手段に対向して設けら
れたトナー支持手段で、図示のものは非磁性円筒である
。

９は、その円筒内に設けられた磁界発生手段としての磁
石であり、少なくとも現像剤を該円筒上に汲み上げる磁
極を有し、更に好ましくは現像位置において現像磁極を
有し、これらの間にトナー搬送磁極を適宜有している。

１０は、こうして円筒に供給された磁性トナー１２の厚
みを規制するドクター・ブレードである。

トナー１２はトナー支持手段８に付着するが、このトナ
ー支持手段８は矢印の方向に回転し、該手段上に導くト
ナーを塗布したまま静電像担持手段１の潜像の非画像部
に接触する事なく現像する。トナー層１１の厚みは磁石
ロール９とドクターブレード１０によつて規制される。
好ましくは３０〜１００μの範囲のトナー層に規制され
る。磁性トナーは磁界中では磁力線にそつて糸状に連な
り、その密度は通常の状態に比べて大幅に小さくなつて
いる。そこで磁界中でトナー厚みをドクターブレードで
規制すれば、磁界の及ばない部分で規制するのに比べ大
幅に薄く規制する事ができる。磁界の及ばない部分で、
ブレードで規制しようとするとドクターブレードとトナ
ー支持手段８の間隔を非常に小さくせねばならず機械的
に困難であつた。又、かかる狭い間隙は凝集したトナー
等がつまり易く、安定性に問題があつた。磁石９の効果
は、磁石の磁界が及ぶ範囲にドクターブレード１０があ
れば認められるが、殊にドクターブレード１０に磁極が
対向している時、第３図のごとくなり、もつとも薄く規
制することができる。さらに本発明のようにドクターブ
レード１０ａが磁性体であれば、第４図のごとくドクタ
ーブレードの先端に対向する磁極Ｎからの静止磁界が集
中し、ブラシ状トナーがトナー支持手段とドクターブレ
ードの間にカーテン状に連なり、トナーがくぐりぬける
事を食い止める。わずかにトナー支持手段８にひきずら
れたトナーが、トナー支持手段表面にそつて少しくぐり
ぬけるだけである。そのためトナー層１１は図に示すご
とくドクターブレード１０ａとトナー支持手段８との間
隙よりも薄く、前述の如くきわめて薄くする事ができる
。ドクターブレード１０ａとして、磁石を用いれば、該
部の磁界はさらに強くなり、より有効である。以下本発
明が適用できる現像装置の他の実施例を第５図を参照し
て説明する。

この図において、第２図に示した要素と共通する要素に
は同一符号を付してある。第５図に示した実施例では静
電像保持面１が矢印方向に動くと、多極永久磁石９は固
定されているので、トナー支持体である非磁性円筒８を
靜電像保持面１と同方向に回転することにより、トナー
容器１３から送られる一成分絶縁性強磁性トナー１２を
非磁性円筒面上に塗布し、かつ円筒面とトナー粒子との
摩擦によつて、トナー粒子に静電像電荷と逆極性の荷電
を与える。

さらに鉄製のドクターブレード１０ｂを円筒表面に近接
して（間隔５０μ〜５００μ）、多極永久磁石９の一つ
の磁極（図示ではＳ極）位置に対向して配置することに
より、トナー層の厚さを上記間隔より薄く（３０μ〜３
００μ好ましくは３０μ〜１００μ）且つ均一に規制す
る。この円筒速度を調節することにより、トナー層の表
層速度及び好ましくは内部速度が静電像保持面の速度と
実質的に等速、もしくはそれに近い速度となるようにす
る。ドクターブレード１０ｂとして鉄のかわりに永久磁
石を用いて対向磁極を形成してもよい。以上の実施例に
おいてドクターブレードはトナー容器と一体になつてい
てもよい。

又、円筒８に治う方向に傾斜したものでも良い。トナー
支持手段は円筒状である必要はなくベルト状、その他の
形状のものでも良い。以上の如く本発明においてはトナ
ーとしては一成分強磁性粉体を用い安定した、且つ制御
の容易なトナー支持体へのトナー保持を実現する為に固
定した多極永久磁石を内包する非磁性円筒をトナー支持
体として用い、薄く、且つ均一なトナー層を形成する為
に該円筒表面に近接して磁性体薄板、もしくは永久磁石
によるドクターブレードを配置した。

このように磁場によつてトナー層をトナー支持体表面上
に保持することは、フアン・デル・ワールスカや静電引
力によつて保持するのに較べはるかに均一且つ安定で制
御が容易な潜像面へのトナーの転移を実現することが明
らかになつた。又、磁性体のドクターブレードを用いる
と、トナー支持体に内包された固定永久磁石の磁極との
間に対向磁極が形成され、ドクターブレード・トナー支
持体間でトナー粒子鎖を強制的に立ち上がらせることに
なり、トナー支持体上の他の部分、例えば静電像面に相
対する部分のトナー層を薄く規制するのに有利である。
さらにそのような強制的運動をトナーに与えることによ
りトナー層はより均一になり、よつて非磁性体ドクター
ブレードでは実現できなかつた薄く且つ均一なトナー層
形成が達せられる。以上の各実施例において共通して用
いられ各要素についてその組成並びに材質についてここ
で説明を加える。先ず磁性トナーとしては、一例として
、ポリスチレン５０部、マグネタイト４０部、電荷制御
剤３部、カーボン６部の割合で混合して周知の方法によ
り形成された平均粒径５〜１０μのものを用いた。

その他周知の磁性トナーが利用できることは勿論である
。トナー支持体としては、非磁性材としてアルミニウム
材を用い、これを図示の如く円筒状とした。磁石は、静
電像（電位コントラスト約６００Ｖ）保持部材とトナー
支持体との最接近部に磁極を配し、そのときの表面磁束
密度は６００〜１３００ガウス程度の範囲内から一例と
して８００ガウスを選んだ。本発明が適用できる現像現
象の一例は、既に述べた様に静電像保持面の非画像部に
於いてはトナー層は非接触に保たれ、画像部に於いては
トナーが静電像保持面に転移するそのようなトナー層を
形成し、それにて現像するものである。

転移に際し、画像部に対応するトナー層は電界の吸引作
用をうけて電界方向に厚みを増大し、且つ磁界が作用し
てこの部分のトナー、磁極位置ではこの穂が伸びるごと
く起立成長する（以下この現象を「トナー伸長」現象と
呼ぶ）ものであるから、トナー層表層と静電像保持面が
近接する場合に、このトナー伸長部分が直接静電像保持
面の画像部と接触し、トナー支持体と静電像保持面が互
いに離間される時に、トナーが静電像保持面に残り、現
像を完了する。この方法は、所謂接触現像方法や或いは
ジアンピング現像方法とは異なり、現像時、非画像部に
トナーが接触せず、画像部には上述のトナー伸長現象に
より接触する現象による現像が行われるものと考えられ
る。トナー層表層と静電像保持面との間隙が上記のもの
より大きい場合には、前述のごとくトナーが伸長する現
象による現象状態に加えて、伸長するも静電像保持面に
は未だ接触していないトナーも電界中を起立し且つその
穂の先端部分がちぎれるごとく飛翔して静電像保持面に
達する現象による現像状態も生じるものと考えられる。

而して、この例によれば、静電像保持面とトナー支持体
との間の間隙に応じて上述のトナー伸長現象及びこれに
併存する飛翔現象が加わつた現像が実施できる。

このように、静電像保持面の画像部にてトナー層が起立
成長して静電像保持面と直接接触して現像するトナー伸
長現象を利用することにより、現像間隙中を飛翔するト
ナー量を少なくし、もつてこの間隙中を流れる気流、ト
ナー自身の重力、静電像保持面やトナー支持体の振動に
よる影響を受けることが極めて少なくなるようにできる
ので、忠実な画像再現性と地カブリの全くない優秀な画
質の顕画像を得るもので、各部分の間隙寸法をこの条件
に適合すべく設定すると良好なものである。このように
トナーイ帳を充分に保証するためには、トナー表層（起
立成長しない非画像部での）と静電像保持面との間隙を
トナー層の厚みの３倍以下に押えることである。又、上
述のトナー伸長を主体とし、トナーの飛翔をも併存可能
とする現像のために許容される条件としては、上記の間
隙をトナー層の厚みの１０倍以下にするものである。実
験並びに上述した考察を含む理論的解析によるとトナー
支持体と静電像保持面との間の現像部における間隙Ｄは
５０μ≦Ｄ≦５００μが好ましい。

上限の値は、市販の最小活字にて印刷された細字（１０
０μ）を解像力良く現像するため求められた値で、下限
は、トナー層の厚みに関連して求められた適正値である
。そしてトナー支持体上に担持されるトナー層の厚みａ
は、実験によれば３０μ≦ａ≦３００μ程度の薄層が好
ましいものであつた。現像時には、斯かるトナー層は磁
界の介在によつて穂立つが、その高さは前述の通りトナ
ー層の厚みの３倍程度と考えられるから、トナー表層が
静電像保持面に到達するには、トナー表層と該静電像保
持面との間隙ｂをｂ≦３００μとａする必要がある。

尚、一般にはｂ≧一とすると良い結果が得られた。この
様に静電像保持面に対してトナー支持体を所定の間隙を
おいて保持せしめる手段としては、静電像保持面又はそ
の背面電極に衝き当たるスペーサ、コロ及び押圧バネ等
の位置決め部材を用いてこれをトナー担持面と結合させ
てその目的を達成することができる。本発明に係る現像
装置は、前述の効果の他に、殊に転写系の複写装置又は
記録装置に適用されて、極めて優れた転写効果を奏せし
め、もつて普通紙等へ斯かる画質の極度に良く、且つ地
カブリのない画像を再現することができる。

本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、思想
的に包含される各態様を含むものである。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明に係るトナー層形成装置が適用可能な装
置の概略図、第２図は本発明が適用できる現像装置の一
実施例の断面図、第３図はドクターブレードに磁極を対
向させた時の説明図、第４図は本発明に係るトナー層形
成装置の原理を説明する説明図、第５図は本発明に係る
トナー層形成装置の他の実施例を示す断面図である。１・・・・・・静電像保持手段、８・・・・・・現像剤
支持手段、９・・・・・・磁界発生手段、１０，１０ａ
，１０ｂ・・・・・・現像剤の厚みを規制する手段。

Claims

【特許請求の範囲】１表面に磁性トナーを支持しこれを搬送するための移
動するトナー支持手段と、該トナー支持手段上に磁性ト
ナーを供給する手段と、トナー支持手段のトナーを支持
する面とは逆の側に固定して配置された磁界発生手段と
、該固定磁界発生手段によつて形成された静止磁界がト
ナー支持手段を越えて及ぶ範囲内に、トナー支持手段に
近接して配置した磁性トナーの層厚を規制するための磁
性部材とを有することを特徴とするトナー層形成装置。２上記磁性部材は上記磁界発生手段の磁極に対向して
配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載のトナー層形成装置。３上記磁性部材は上記磁界発生手段からの磁力線を集
中させる部分を有することを特徴とする特許請求の範囲
第１項又は第２項に記載のトナー層形成装置。４上記磁性部材が磁石であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項から第３項のいずれか１項に記載のトナ
ー層形成装置。５上記磁性トナーは一成分絶縁性のトナーであること
を特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のいずれ
か１項に記載のトナー層形成装置。