JPS6161110B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子写真の乾式現像装置に関するもの
である。詳しくは磁性体トナーを現像剤とする現
像装置の改良に関するものである。

電子写真において、静電潜像をトナーで現像す
る従来の方法としてはカスケード、フアーブラ
シ、パウダクラウド、磁気ブラシ等の方法があ
る。前三者によるものは、中間調再現の困難性、
現像装置の大型化、トナー飛散による装置の汚染
等の欠点を有している。一方、磁気ブラシによる
ものは、現像装置が小型で済み、中間調の再現性
も良く、高速複写に適する利点を有している。し
かしこの磁気ブラシ法は磁性体キヤリヤと可帯電
着色トナーを有する現像剤を用いるため、トナー
の含有比が低下すると画像部にキヤリヤによるス
クラツチ跡を生じ、逆に上昇すると非画像部にト
ナーのカブリを生ずることがある。又、この現像
方法はキヤリヤとトナーの摩擦帯電により電荷を
得たトナーを感光体の静電潜像に付着せしめるも
のであるため、キヤリヤの表面状態が複写画像へ
及ぼす影響は大である。即ち、疲労劣化したキヤ
リヤ、つまり表面状態の変化したキヤリヤではキ
ヤリヤ表面の物理的、化学的状態如何によつて摩
擦帯電を生じにくくなるため、感光体へのトナー
の付着が不完全となり、かえつてキヤリヤのカブ
リ（即ち劣化キヤリヤが画像面一面に付着する現
像又、白黒画像の境界付近に顕著にキヤリヤが付
着する現象）等が生ずるものである。そこでキヤ
リヤなしの現像剤、つまり磁性体トナーを用いた
現像方法が考えられるわけであるが、磁性体トナ
ーはその質量が一般の樹脂トナーのそれに比較し
て数倍大きいため、表面の滑らかな感光板若しく
は感光紙には付着し難い性質を有しその結果完全
な現像が望み得ないことがある。

ところで従来磁性体トナーを低絶縁性（10²〜
10⁵Ωcm程度）材質で作り導電性磁性部材に吸着
させて現像する方法が知られている。これは潜像
電荷により、磁性部材を通して誘起された潜像と
逆極性の電荷と潜像電荷の間の静電気力を用いて
顕像化する方法であるが、トナー抵抗が低いの
で、摺擦を繰り返す間に潜像部が除電されてしま
つたり、又は、潜像電荷により該トナーが容易に
潜像と同極性に帯電してしまい、ネガ画像を生じ
る等現像条件に大きな制約が伴うものであつた。

又、現像されたトナーを普通紙に転写すること
は極めて難しい。これもトナーが低抵抗であるた
め任意極性に容易に変換してしまうことから生ず
る現象であつた。

本発明の目的は、高絶縁性（10¹⁰〜10¹²Ωcm程
度）の磁性体トナー（以下トナーと称する）を現
像剤とし、該トナーの粒子表面にムラなく電荷を
付与することにより上記の欠点を除去し、良好な
複写材を得るための電子写真の現像装置を提供す
るものである。上記目的を達成する本発明の電子
写真現像装置は、磁石を内蔵する非磁性体円筒上
に吸着された一成分絶縁性磁性トナーにコロナ帯
電を用いて電荷を与え静電潜像を顕画化する現像
装置に於て、上記コロナ帯電手段が、上記トナー
を静電潜像とは逆極性に帯電させるように、静電
潜像とは逆極性に偏倚された交流高電圧が印加さ
れた交流コロナ帯電手段であり、かつ上記磁石が
回転することを特徴とするものである。ここで、
本明細書に於いて、静電潜像とは逆極性に偏倚さ
れた交流高電圧をコロナ帯電手段に印加すると
は、静電潜像とは逆極性のコロナ電流の方を静電
潜像と同極性のコロナ電流よりも多くするよう
に、静電潜像とは逆極性成分の電圧（絶対値）の
方が静電潜像と同極性成分の電圧（絶対値）の方
よりも高い交流高電圧をコロナ帯電手段に印加す
ることを言うものである。

尚、特開昭50−15560号公報及び特開昭50−
98333号公報には、DCコロナ放電器により絶縁性
トナーを帯電する例が示されているが、本発明は
後述するように数々の点でこれらの公知例よりも
優れているものである。

第１図は本発明に係る現像装置を備えた電子写
真複写装置の実施例図面である。勿論本発明は斯
かる複写装置にその適用を限定されるものではな
い。図において、表面に絶縁層を有する三層構成
感光板１上にコロナ放電器２による一次帯電、コ
ロナ放電器３によるAC除電及び光学系４による
同時光像露光、更に光源５による全面露光を施こ
す如き例えば特公昭42−23910号特公昭43−24748
号公報等に記載のプロセス、或いはその他周知の
プロセスによつて静電潜像が形成される。静電潜
像は、例えば、通常暗部潜像電位＋400〜＋
600V、明部潜像電位０〜−50Vになるように条件
が設定される。該静電潜像は、本発明による現像
装置６の磁性体トナーにより顕像化され、該磁性
体トナーは転写用帯電器７により転写材Trに転
写された後、定着器８により転写材上に加熱定着
される。なお９は感光体上に転写されずに残留し
たトナーを除去するクリーニングブレードを示
す。高絶縁性磁性体トナーの例としては、重量比
でポリスチレン40部、マグネタイト60部、カーボ
ン３部を混合し以下の製法によつたものが考えら
れる。先ず、それらを混合したものを15分間の振
動ミルを行ない、次に150℃のもとでのロールミ
ル、順次にハンマーミルによる粗粉砕、ジエツト
ミルによる微細砕を行ない５μ以下及び溶解温度
30℃以下のものを除くことによつて良好な磁性体
トナーが得られる。

更に本発明に係る現像装置の実施例について詳
述する。

第２図に於いて、２１は静電潜像を有する感光
体であり、矢印方向に回転する。２２は現像剤と
してのトナー２３を収容する現像容器、２４は矢
印方向に回転する磁石ローラであり、その周囲に
は固定したスリーブ２５が設けてある。該磁石ロ
ーラの回転による磁極Ｎ，Ｓの交互の変化は規制
部材２６で0.5〜1.5mmの厚みで一定量に規制され
たトナーに対してスリーブ上でころがる様な自転
力を与える。つまり、ラセンの矢印Ｒに示す様
に、トナーはスリーブ表面に沿つて自転しながら
搬送される。トナーが搬送された現像領域Ａに達
する以前に、帯電領域Ｂに於いてコロナ放電器２
７（このコロナ放電器２７には、第２図に示す回
路部分から明らかなように、静電潜像とは逆極性
成分である負極性電圧の絶対値の方が静電潜像と
同極性成分である正極性電圧の絶対値よりも大で
ある交流電圧、即ち負極性に偏倚された交流電圧
が印加されている）により静電潜像の電荷量に応
じてこれとは逆極性の適当な電荷量にトナーを帯
電する。例えば、導電性支持体、光導電層、絶縁
層をこの順に層合した感光板を用いて静電潜像を
形成した場合、特にこの絶縁層として約25μのポ
リエチレンテレフタレート樹脂フイルム（商品名
マイラー）を使い、その絶縁層フイルム上に400
〜500Vのコントラストを有する静電潜像を形成
した場合、斯かる静電潜像の電荷量に応じて、こ
れとは逆極性の電荷量としてトナーに４〜12μ
ｑ／ｇの範囲の電荷を与える。コロナ放電器２７
に、潜像極性と逆極性に偏倚してバイアスされた
交流電圧を印加する理由の１つは交流コロナ帯電
電位がDC帯電に比らべ遥かに高い収束性をもつ
ことにある。約25μ厚のマイラー材質の絶縁体上
にコロナ帯電を与えた時、絶縁体が受けたコロナ
帯電回数（又は時間）と絶縁体表面電位との関係
は第３図に示される。交流コロナ帯電に比らべ
DC帯電の場合、図に示される通り、例えば通常
用いられる−6KVのコロナ帯電を受けた絶縁体
表面電位は、除々にに向かい、約−2000Vに収
束する。

このことは、DCコロナ帯電器を用いた場合、
コロナ帯電量に応じてトナー電荷量が大きく変化
することを示し、良質の画像を得るためのトナー
電荷量適正範囲から外れることを示している。
又、斯かるDCコロナ帯電の場合、絶縁性トナー
表面電位が図示される通り、大きく負に偏倚する
ため、背景地カブリを生じたり、現像すべき部分
へのトナーの付着量が少くなるといつた欠点を有
する。この点について詳述すると、例えば静電潜
像表面電位が画像の明部で0V、暗部で＋400Vで
ある場合、両者のコントラスト400Vを利用して
暗部を現像しようとする場合、明部の表面電位が
0Vであつても、上記のDC帯電によつてトナーは
帯電され（−6KV印加コロナ帯電の場合トナーは
約−2000Vに帯電される）、斯かるトナーの多量
電荷によつて画像の明部に鏡像電荷が生じ、画像
の明部にもトナーが付着し、所謂画像背景地のカ
ブリを生じ、画像にダメージを与える。又、画像
の暗部では、電荷を有するトナーが画像の暗部表
面電位（＋400V）を中和する形で現像するが、
少電荷量トナーで現像する場合には、中和するた
めに多量のトナーが必要で、そのために暗部に付
着するトナーが多量となり、濃い顕画像が得られ
る。しかるに、トナーの電荷量が上述のDC帯電
のときのように多量である場合には、暗部表面電
位がこの多電荷量トナーにより中和される速さが
早く、そのためにトナーが該暗部に付着する量が
少く、現像濃度の薄い顕画像となる。

上記の明部の地カブリ、暗部の薄い現像が組合
わされて、結果的に全く画質の悪い顕画像しか出
来ないこととなる。これに対して、交流コロナ帯
電を絶縁体に与えた時、図示の通り、静電潜像と
同極性のコロナ電流と静電潜像と逆極性のコ
ロナ電流の比率を１：1.1〜１：2.0まで変化させ
ても、−100V〜−500V程度の電位に速やかに収束
する。このことから理解される通り、交流コロナ
帯電を用いて、トナーに電荷を与える方法を用い
ると、トナー電荷を一定範囲に収束させ、かつト
ナー表面電位の上昇を防ぐため上述したDC帯電
のときのような欠点がなく安定した良質画像再現
を可能にする。このようにコロナ放電器２７によ
り帯電したトナーは現像領域Ａで磁極により穂立
し、感光体の静電潜像を現像する。帯電領域Ｂと
現像領域Ａとの間隔は、帯電トナーの電荷が減衰
しない程度に短かくする。必要ならばスリーブ表
面を絶縁体で作るとよい。この場合にはスリーブ
にバイアス電圧を印加することができなくなるた
め、感光ドラムの潜像電位を−300〜−400Vの負
電位に変えてカブリ防止を計るとよい。特公昭42
−23910号に記載の電子写真法による潜像は、明
部潜像部に負の真電荷をもたせることもできるた
め本発明の現像装置に適した電子写真方法であ
る。

現像の条件としては表面が滑らかな感光体（セ
レン、及びマイラで被覆した感光体等）に於いて
は、前述した如く磁性体トナーの大なる質量、及
び送り込まれたトナーによる衝撃のために該感光
体にトナーが付着し難く、又一旦付着したトナー
が剥れ易く現像が不完全となりやすいため、磁石
ローラーの回転数を、感光体とトナー間の相対速
度を減少、又はゼロにして穂立したトナーの穂先
で感光体を軽く摺擦するように選ぶとよい。

ところで第２図に示した現像装置は、装置が非
常に簡便なる利点を有しているが、スリーブ廻り
を回転するトナー粒子の移動速度が極めて限られ
ているため、低速の簡易型複写機に向く構成であ
る。高速複写機の現像装置としてはスリーブを回
転させて、トナー粒子の移動速度を大きくして感
光ドラムを顕像化させることが望ましい。また第
２図の構成の現像装置では、磁石ローラー２４で
トナー粒子に回転力を与えており、トナー粒子が
スリーブ２９上に良好に回転移動してゆくため
に、ブレード２６でトナー層の厚みを0.5〜1.5mm
に規制している。この場合、トナー粒子と感光ド
ラムとの接触距離は小さくなるので、より低速の
現像に好適である。より高速の現像のためにはト
ナー規制厚を２〜３mmと厚くして、トナー粒子と
感光ドラムとの接触距離を十分に大きくした構成
が望ましい。第４図に高速複写機に適した現像装
置の実施例を示す。

３５はスリーブであり、表面にブレード３６で
２〜３mm厚に規制された前記した如き高絶縁性磁
性体トナーを吸着して、感光ドラムと略等速度で
矢印方向に回転する。

ところで前述した如くトナー電荷を外部から与
える現像装置では、画像均一性を得るためにトナ
ーの電荷量、均一性をコントロールすることが重
要であり、第２図の実施例に於いては、ブレード
２６で薄く規制され、スリーブ上に回転するトナ
ー粒子に潜像極性と逆極性に偏倚してバイアスさ
れた交流コロナ帯電を与えることでその目的を達
していた。第４図の実施例に於いては、トナーは
スリーブ３５上に厚く吸着しており、トナー粒子
の回転運動は生じず、単にトナー表面側からコロ
ナ帯電を与えるのみでは、スリーブ上に付着する
トナーの表面部のみに電荷が付与され、搬送され
るトナーの全体に均一に電荷を付与することが困
難なことがある。そしてこの傾向はトナーの絶縁
性を増す程増大し、画像ムラの原因となり易い。
この欠点を防止するため第４図の実施例では、ス
リーブ内部の磁石ローラー３４を比較的高速で回
転させる。

即ちスリーブ３５上のトナーは、磁石ローラー
３４の磁力線に沿つて磁極部に於て穂立ち、磁極
間に於てはスリーブに吸着し、磁石ローラーの高
速回転に伴い高速の脈動運動を示し、あたかもス
リーブ表面にトナークラウドが生じたかの様子を
示す。この時磁石ローラーの回転方向は任意であ
る。この状態のトナー層表面に前述の効果を持つ
交流コロナ帯電を与えることにより、トナー粒子
を均一な適正量な電荷に制御することが可能とな
るものである。

同時に荷電されたトナーを磁束ローラーの高速
回転により、クラウド状態を維持したまま、現像
部に於て感光ドラムと柔らかく接触させることに
より、極めて良質の画像再現が可能となるもので
ある。

本発明は以上の様に潜像極性とは逆極性に偏倚
された交流電圧が印加された交流コロナ帯電手段
を用いて、絶縁性磁性体トナーを帯電するもので
ある。交流コロナ放電器を用いることによつて、
直流コロナ放電器よりも収束性が遥かに良く、ト
ナー電荷量が適正な範囲におさまり、良質な顕画
像が得られるものである。一方直流帯電器を用い
る場合にはトナー表面電位が大きく負に偏倚する
ため、背景地カブリが生じ、このカブリ防止のた
めにはトナー電荷の過剰帯電を防止する装置が必
要となつてくる。

更に、直流帯電手段に比らべ、交流帯電手段を
用いることによつて、次の様な特段の優れた効果
が期待できる。

トナー粒子を交流コロナ帯電器で第３図に図示
した如く帯電する際、直流コロナ帯電器で帯電す
る場合に比らべ、トナー粒子の帯電量のバラツキ
が遥るかに小さく実質的に均一な帯電が行えるこ
とである。直流コロナ帯電器の場合、第３図に示
されるように、収束電位が大きくなり（−
2000V）過剰帯電を与えるばかりでなく、トナー
粒子個々の帯電電位のバラツキが大となり易い。
これは、本発明に適用するトナー粒子個々が絶縁
体であることから、帯電の際トナーの個々の粒子
の間隙、即ち絶縁体間の空隙を直流コロナが流れ
ていつてトナー粒子が帯電されるのであるが、ト
ナー層の表層付近の少数のトナー粒子が先ず−に
チヤージを受けているとき、その−の荷電と−コ
ロナとは互に反発し合い、トナー粒子間隙をぬつ
て−コロナ流が表層から内部に向けて通過し難
く、よつて均一な帯電がされにくくなる。

これに対して、交流コロナ帯電器の場合には、
トナー層表面付近のトナー粒子の荷電量は、直流
放電の場合に比らべ、それほど多量とならないの
で、交流コロナ流はトナー粒子間隙を通つてトナ
ー層の内部にまで浸透し、均一帯電を行い得る。
加えて、交流コロナは、キヤパシタ内部を流れる
性質があり、トナー粒子間隙は、まさに斯かるキ
ヤパシタンスをもつ空隙であるので、この空隙を
交流コロナは流れ易いことにより、上記の帯電
は、一層均一なものとなる。

しかるに直流帯電の場合、例え、その収束電位
を−300〜−500V程度におさえるように印加電圧
自体を低くする等の配慮をしても、交流帯電に比
らべトナー粒子の電荷量がはるかにバラツキが高
いものとなり、均一な現像を阻害するものとな
る。

更に、交流帯電の場合、周波数を上げることに
よつて、更に良好な均一帯電性を得られる。帯電
の均一性を増すには、帯電器の中でトナー粒子が
10〜20回程度の＋、−のコロナ流の極性の反転を
受けさせると良い。このためには交流の周波数を
上昇させる、帯電器の帯電領域を広げる、スリー
ブの周速を増加させること等により可能となる
が、後二者には夫々限界があり、所定の帯電領
域、所定のスリーブ周速の場合について考える
と、交流周波数をあげるほど、帯電の均一性は上
昇する。実用的見地からすると、帯電領域30mm、
スリーブの周速をドラム状感光体の周速と等速に
した場合、200〜500Hzに交流周波数を選定する
と、交流帯電の際、帯電過程、帯電終了時を通し
て収束性が良好で、しかも均一な帯電性能が得ら
れる。最適な値は約400Hzである。

尚、第２図、第４図に示した各実施例におい
て、磁石ローラの各磁極の表面磁束密度は500〜
1000ガウスの範囲に設定してある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子写真現像装置を適用
可能な電子写真複写装置の概略の構成を示す説明
図、第２図は本発明に係る電子写真現像装置の１
実施態様の断面図、第３図は、直流及び交流コロ
ナ放電器による帯電回数とその場合の絶縁体の表
面電位の関係を示すグラフ、第４図は、本発明に
係る電子写真現像装置の更に他の実施態様の断面
図である。 ２４，３４……磁石ローラー、２５，３５……
非磁性体円筒、２７，３７……交流コロナ帯電手
段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁石を内蔵する非磁性体円筒上に吸着された
   一成分絶縁性磁性トナーにコロナ帯電を用いて電
   荷を与え静電潜像を顕画化する現像装置に於て、
   上記コロナ帯電手段が、上記トナーを静電潜像と
   は逆極性に帯電させるように、静電潜像とは逆極
   性に偏倚された交流高電圧が印加された交流コロ
   ナ帯電手段であり、かつ上記磁石が回転すること
   を特徴とする電子写真現像装置。