JP2519422B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は静電潜像を現像するピクトリアル・カラーに
も摘要可能な非接触現像方法に関するものである。

背景技術 非接触現像方法の一つとして絶縁性磁性トナー又は非
磁性トナーを現像剤担持体表面上に薄く塗布し、現像部
においてこの薄層化された現像剤の表面と潜像保持体表
面との間に空隙を形成し、この現像部に交互電界を印加
して現像剤担持体上よりトナーを飛翔させて潜像保持体
上の静電潜像を現像する方法が特開昭55-18656号公報に
開示されている。

しかしながら、この様な現像方法には次のような問題
があった。すなわち、現像剤担持体表面上のトナー粒子
をそれぞれ確実に目的の極性に帯電しようとすると、ど
うしても現像剤担持体表面上のトナー層の厚みは薄くな
ってしまい、ベタ黒部分の現像濃度は充分高い値にな
い。さらに詳細に述べれば、文字状の潜像を現像した時
には、この潜像に対向する現像剤担持体表面状の部分の
トナーだけでなく、周辺のトナーも交互電界によってこ
の文字潜像部に寄り集まるので、充分高い濃度の現像像
が得られる。これに対して、ベタ黒部分又は太い線を有
する静電潜像を現像した時には、現像剤担持体表面上の
薄層トナーは高い濃度を得るには不十分になりやすく、
潜像のエッジ部にトナーが集まり、ベタ黒部のトナーが
不足した画質しか得られなかった。

このベタ黒部のトナー濃度不足は、樹脂と磁性体によ
り形成されたトナー粒子から成る磁性トナーを使って現
像した時よりも、主に樹脂から形成された非磁性トナー
を使って現像した時の方がより顕著である。したがっ
て、上記問題は白黒現像よりもカラー現像を行なう時に
より深刻な問題となった。特にピクトリアルカラーをね
らった高画質現像のためにはエッジ効果や、ベタ黒部の
濃度不足は重大な問題となる。

そこで、現像剤担持体表面上のトナー層の厚みを厚く
すると、それぞれのトナーは目的の極性かつ帯電量に帯
電されにくくなる。このため、非画像部にも余分なトナ
ーが付着するばかりでなく、得られるトナー像も貧弱で
悪質な画像となった。

本出願人は、その改良として、以下の提案を先に行な
っている。その提案は潜像保持体と、静電像を保持する
像保持体と対向しキャリアとトナーとを有する現像剤を
担持する現像剤担持体と、この現像剤担持体上の現像剤
量を規制する規制部材と、現像剤担持体内に像保持体に
対向し現像剤担持体と像保持体との最近接位置をはさん
で設けられた第１及び第２磁極と、を有し、この第１及
び第２磁極の磁力により現像領域でキャリアの穂を寝か
せた状態で現像を行なう現像装置において、上記規制部
材による規制部を第１磁極と第２磁極の間としたことを
特徴とする現像装置である。

しかしながらこれらの方法で現像を行なう場合、現像
剤層の厚さより現像間隙を大きくする目的で現像間隙を
広げた場合には、電極間の電界を強くしなければ現像濃
度が得られず、その為に電極間でリークが生じ易くなる
等の問題があり、又、現像剤層厚を薄くした場合には、
該薄層形成のための現像剤規制部で現像剤の凝集が生
じ、長期に亘って安定した画像を得る様な適当な現像条
件を得ることは困難であった。

さらに別の現像方法として、特開60-176069に示す様
に現像直前に穂立ち押え板をつける提案もされている。
この方法によれば現像位置で現像間隙より薄く、かつベ
タ黒部の適切な濃度を出す程度には不足しない量の現像
剤を供給出来、初期画像としては充分なものが得られ
る。しかしながら、現像剤規制部材の下流に押え板を持
って来る様な不安定な構成になっているために、長期に
亘って画像を行なった場合、押え板と規制部材との間に
現像剤が溜ってしまい、これがトナーの凝集を引き起こ
し現像像に白筋が生ずる問題があった。

発明の目的 本発明の目的は、エッジ効果が少なく、かつベタ黒濃
度も充分な高画質が長期に亘って得られる現像方法を提
供することである。

本発明の他の目的は、ビクトリアルカラー現像にも好
適に利用できる現像方法を提供すことである。

実施例 まず本出願人が先に提案した構成について説明する。

第１図はこの現像法を適用した現像装置の概略図であ
る。図中、１は静電潜像保持体で背面電極11、該電極11
の上の静電潜像保持層12を有し、該保持層は絶縁体層で
あっても電子写真感光体層であってもよい。ここでは感
光ドラム１として示す。

現像剤担持体２は非磁性体からなり、本例では矢印Ａ
方向に回転する導電性スリーブである。このスリーブの
内側には磁界発生手段３が本体に固定されて設けられて
いる、これは、の例では４極の磁極を有するマグネット
ローラである。現像剤４は樹脂中に磁性粉を含有する磁
性粒子（キャリア）と、これより平均粒径が小さくて主
に樹脂からなる非磁性粒子（トナー）とが混合されたも
のである。矢印Ｂ方向に回転する感光ドラム１の背面電
極11とスリーブ２との間には、直流電源５及び交流電源
６により現像バイアスが印加されている。現像装置はさ
らに弾性部材７、トナー補給ローラで８、現像剤層厚規
制部材９を有し、該規制部材７はここではドクターブレ
ードである。

表面に静電潜像を保有し、矢印Ｂ方向に回転する感光
ドラム１に対向して、スリーブ２を200〜800μｍ、好ま
しくは300〜600μｍの間隙で設置する。

表面に複数の凹部を有するトナー補給ローラ８は、感
光ドラム１の駆動ギアにかみ合ったスリーブ２の駆動ギ
アの回動に伴ってゆっくり回転し、ホッパー部９内にあ
る非磁性粒子（トナー）Ｔを弾性部材７により少しずつ
下の現像室内に落とし、トナーＴを供給する。

現像室に供給されたトナーＴは、内部にマグネットロ
ーラ３を有するスリーブ２の表面近くに存在する磁性粒
子Ｍ（樹脂中に磁性粉が含有された粒子）と混合され
る。スリーブ２が矢印Ａ方向に回動することによって、
スリーブ表面の現像剤４は矢印Ｃのように動き、この動
きによって供給されたトナーは徐々にこの現像剤４の内
部に入ることによって混合される。

混合された現像剤４は、磁極N₁とS₂との磁極間に対向
してスリーブ２表面から約100〜550μｍ、好ましくは15
0〜450μｍ離して固定された非磁性体により形成された
ドクターブレード10によって適宜な厚さ、例えば100〜6
00μｍ、好ましくは150〜500μｍに規制され、スリーブ
２の表面に塗布される。この現像剤層厚は現像領域にお
けるドラム・スリーブ間隙より小さく、従って現像剤層
とドラム表面とは静止状態で非接触である。

塗布された現像剤４中の非磁性粒子（トナー）Ｔは磁
性粒子Ｍとの摩擦やスリーブ２との摩擦で摩擦帯電さ
れ、この状態で、矢印Ａ方向に回転するスリーブ２との
間の静電気力による付着及び、磁性粒子との間の静電気
力により付着により、磁性粒子と共にスリーブ２の回転
に伴なってスリーブ２に付着したまま現像領域まで運ば
れる。

現像領域では、感光ドラム１に対してスリーブ２内部
のマグネットローラ３の磁極N₁と磁極S₁との磁極間が対
向して配置されている。このため、スリーブ２表面の現
像剤は、現像領域で穂立ちすることなく、均一な層厚と
なっている。

この構成においては、ドクターブレード10とスリーブ
２の間隙を通過した現像剤は１度極位置（N₁）を通過し
た後、極間（N₁-S₁）の現像位置に搬送される。この様
に一度規制された現像剤が極位置を通過して極間に搬送
される場合には、極位置で磁界の作用により穂立ちし、
ほぐされるため、現像剤層の密度は低いものとなり、そ
の後極間に搬送されて磁界の作用で再び寝ても、極位置
（N₁）を通過する前の層厚よりも厚いものになってしま
うことが判明した。この様子を第２図に示す。第２図で
の符号は第１のものと対応する部材を示す。レード10で
規制、形成された直後の位置ａでは、現像剤層はブレー
ドとスリーブ２表面との間隔とほぼ同一であるが極位置
（N₁）を通過した後の位置ｂでは現像剤層は上述した作
用により厚くなってしまう。この時の層厚はキャリアの
種類にもよるが、通常ブレードスリーブ間の２倍前後に
なる。その為、現像位置で現像剤層厚として400μｍ以
下の層厚を得ようとするとブレード−スリーブ間を200
μｍ以下にする必要がある。ブレード−スリーブ間を20
0μｍ以下とすると、スリーブ−ブレード間で現像剤に
加わる負荷が大きくなり、ポリスチレン等の軟化点の低
いトナーを使用した場合、トナーがキャリアに融着し、
キャリア劣化が起こったり、あるいは凝集して現像像に
白スジが発生したりするという問題があった。

第３図は本発明の実施例による現像装置を示す。図示
中第１図と同一符号は対応する部材等を示す。本発明の
特徴は、ブレード10と現像位置の両方が同一の２極間に
あることである。すなわち、スリーブ２とドラム１と最
近接位置をはさんで設けられた磁極N₁と同S₁との間にブ
レード10を規制位置がある。これにより、現像位置での
現像剤層はブレードスリーブ間と同じ程度にすることが
出来、この為、ブレードスリーブ間を200μｍ以上にし
ても、適正現像条件を得ることが出来、長期に亘って現
像を行なっても白スジやキャリア劣化によりカブリは発
生しない。又、ブレード10の位置は極位置（N₁）から現
像部寄り５°以上（第３図でθ_２５°）とすることが
好ましい。完全に対応する位置にブレード10を設けた場
合は、現像剤層が前述した様にほぐされた状態にある
為、薄層を得ようとすると200μｍ以下にしなければな
らず、長期に亘って安定した画像は得られないことが確
認された。

以上の様に同一の２極間に規制ブレードと現像位置の
両方を配置した構成にするとスリーブ２とドラム１は現
像領域において近接させることができるから、現像電極
効果の効いた鮮明な画質が得られる。この現像間隙距離
を1mm程度以上離すと、ぼけた不鮮明な画像になってし
まうことが確められた。

現像時には現像領域に交互電界を形成するため、スリ
ーブ２と感光ドラム１の背面電極11との間に交互電圧を
印加して現像を行なう。このとき直流電源５による直流
電圧と、交流電源６による交流電圧を重畳して現像を行
なう。またスリーブ２と感光ドラム１との間にバイアス
電圧を印加するのが最適である。また、スリーブ２と規
制ブレードと電気的に同電位とすることが好ましい。ま
た交流電圧のみをバイアスとして用いてもよい。交流電
圧は必ずしも正弦波である必要はなく、短形波であって
もよい。用いる交流のピーク対ピーク値はV_P−_Ｐ＝200
〜4KV、周波数はｆ＝100〜4KHzがよい。

具体例１ 潜像電位V_Dが＋600V、背景電位V_Lが0Vの時、現像バイ
アス電圧としてピーク対ピーク値2200V_PP、周波数1.6KH
zの交流電圧に＋150Vの直流電圧を重畳して現像を行な
った。用いた非磁性粒子は熱可塑性樹脂（ポリスチレ
ン）を主成分とした体積平均粒径約５μｍのトナーであ
り、磁性粒子に対して負極性に帯電する粒子である。正
極性のトナーを用い、直流電圧を適宜選べば、反転現像
も行なえる。磁性粒子はスチレン・アクリル・アミノア
クリル共重合体樹脂を主成分とした樹脂中にマグネタイ
ト（Fe₃O₄）の磁性粉を75重量％混練し、粉砕して作っ
た個数平均粒径50μｍの粒子を用いた。なお、この二成
分の混合現像剤の中に帯電系列から見て２つの粒子の帯
電系列の間に位置するシリカ粒子を１重量％以下混入し
て用いると、より良い画質が得られた。

上記現像バイアス電圧の印加下において、スリーブの
電位が負極性の電圧位相で閾値を越えると、負極性に帯
電している非磁性粒子は、少なくともドラム１とスリー
ブ２との最近接部では画像領域でも非画像領域（画像背
景部）でもスリーブ２上の現像剤層から感光ドラム１へ
飛翔する。しかし、上記とは逆極性の位相では、少なく
とも余分な非磁性粒子は逆転移してスリーブへ戻る。こ
の工程を複数回繰り返した後、ドラムとスリーブの間隙
が広がって交互電界が弱まって飛翔がなくなり、現像が
終了する。交互電界を弱めるためには印加する電圧を弱
めるようにしてもよい。

感光ドラム１とスリーブ２との距離は、これを離しす
ぎてぼけた画質にしないことが好ましい。現像領域でド
ラムに磁極が対向していると、ブラシが穂立つのでドラ
ム・スリーブ間の距離を小さくすることが難しい。

このため、ドラム−スリーブ間の距離を200〜800μ
ｍ、好ましくは300〜600μｍに設定できるよう、現像領
域ではドラムに対してマグネットローラ３の磁極間（N₁
とS₁との間）を対向させることが好ましい。

第４図はマグネットローラ３の磁界分布図であり、一
般にスリーブ２の表面上の磁界の強さを表わすのに使わ
れている垂直磁界成分（磁極の強さ）を表わしたもので
ある。図ではドラム１とスリーブ２の中心を結んだ水平
線を横軸としてドラム対向部を０°としている。この垂
直成分とはスリーブ２の表面に垂直な方向の磁界成分を
示し、第４図はこの分布をスリーブ２の周囲にわたって
示した。この図から磁極N₁とS₁との磁極間では０ガウス
になっていることがわかる。実験によれば、磁極間でも
磁性粒子（キャリア）はスリーブ上に磁気的に拘束さ
れ、ドラム１には実質的に転移されなかった。この結果
は第４図からでは容易に理解し難い。

しかし、これは第５図によって容易に理解できる。第
５図は第４図の角度座標軸は固定し、現像剤保持体２で
あるスリーブ表面上の水平方向の磁界成分を表わした磁
界分布図である。第５図の実施例では磁極N₁、S₁の磁極
間での水平磁界成分は600ガウスであった。多くの実験
によれば、この水平磁界成分の強さを少なくとも200ガ
ウス以上、好ましくは300ガウス以上に設定すると良質
の画像の得られることが確められた。これは200ガウス
以上であると磁性粒子のドラムへの付着が殆んど生じな
いからである。逆にこれ以下であると磁性粒子の付着が
生じ易くなり、従って磁性粒子の粒径を大きくしなけれ
ばならず、トナー・磁性粒子の濃度が下がり、濃度コン
トロールが難しい。また、現像剤層が薄くなりドラム−
スリーブ間の距離が広くなり、画像にボケが生じる。

このように磁極間をドラムに対向させると、磁極粒子
をドラム１に実質的に転移させないようにすることがで
き、かつ現像剤の穂立ちを避けるために感光ドラム１と
スリーブ２を離さねばならず、その結果ぼけた画像にな
るようなことを防ぐことができる。従って、本発明にお
いては上記の条件が好ましい。

さらに、ガブリのない画質を安定的に得る条件とし
て、磁性粒子の必要な条件について第１表にまとめて示
した。

第１表の縦覧には磁性粒子の個数平均粒径を、横覧に
は磁性粒子中に含まれる磁性粉含有率を重量％で示して
いる。表中×印は不可を、○印は実用上使用可能な結果
が得られた組合せを、◎印は更に好ましい結果の得られ
たことを示している。個数平均粒径が30μｍ未満では感
光ドラム１に磁性粒子が転移してしまい。実用上不可で
あった。また個数平均粒径が80〜100μｍまでは磁性粉
含有率40重量％以上にすれば可能であるが、100μｍを
越えると非磁性粒子の現像剤中の好ましい含有率が10重
量％に近づき、従来の二成分現像剤を用いた混合比と余
り差がなくなり、混合比の厳しい制御が必要となって利
点がなくなる。

したがって、磁性粒子の個数平均粒径は30μｍ以上、
好ましくは40μｍ以上100μｍ以下、さらに好ましくは4
0μｍ以上で80μｍ以下が良い。また、磁性粒子の磁性
粉含有率は40重量％以上が好ましい。磁性粒子全体が磁
性体で形成されているものも使用できる。また磁性体を
核として、その周囲に樹脂を被覆したものは、球形の粒
子とし易く、かつトリボ帯電電荷が均一に付与できる。
また磁性粒子を構成している樹脂に顔料や染料等の荷電
制御剤を混入して、非磁性粒子（トナー）を目的の極性
かつ帯電量に帯電できるようにすると、より良い高画質
の現像が可能となる。

更に、トナーと磁性粒子の混合比が10wt％〜40wt％の
非常に広い範囲で地カブリのない、現像濃度の高い画像
を得ることができた。したがって、トナー濃度の制御が
容易になる利点がある。混合比が15wt％以上になると現
像濃度が薄くなり、また45wt％以上になると地のガブリ
が生じて好ましい結果が得られなかった。

なお、第１図の説明ではスリーブ２を矢印Ａ方向に回
転させたが、矢印Ａとは逆方向に回転させても良好な画
質が得られた。むしろ、スリーブをＡとは逆方向に回転
した方が、高速現像の際の現像濃度を高める効果があっ
た。

磁性粒子の磁気拘束に関係する、現像部における磁極
間のスリーブ２表面上の水平方向に磁界成分の大きさ
と、これを狭む二つの磁極（N₁、S₁）位置のスリーブ表
面上の垂直磁界成分の大きさとの関係は、二つの磁極の
スリーブ表面上に垂直磁界成分の大きさが大きければ、
これに狭まれる磁極間の水平方向に磁界成分の大きさが
必ずしも大きくなるとは限らない。現像部を狭む２つの
磁極が離れすぎると、磁極間におけるスリーブ表面上の
水平方向の磁界成分の大きさも小さくなってしまう。ま
た逆に、この２つの磁極が近づきすきても磁極間は狭く
なり、適正現像領域も狭くなるばかりでなく、スリーブ
表面上の水平方向の磁界成分の大きさもそれ程高められ
なくなる。

このため、マグネットローラ３の中心０（スリーブ２
の中心）から見た磁極N₁、S₁間の中心角度θは、45°
θ135°に設定することが好ましい。

なお、安定して高画質の画像を得るために、非磁性粒
子（トナー）の個数平均粒径の大きさD_Tは、磁性粒子の
個数平均粒径の大きさD_Cに対して、 D_TD_C30D_T の範囲から選ぶと良い。磁性粒子の粒径の割合に比して
比磁性粒子の粒径が大きいと、比磁性粒子のトリボ帯電
が不充分になり、逆に小さすぎても貧弱な画質になる。

さらに本発明非接触現像により使用出来るトナーの粒
径は個数平均で１〜20μｍ程度と、５μｍ以下の粒径の
トナーも使用出来る様になり、これらのトナーを用いる
と鮮明な画像が得られた。

発明の効果 以上説明した様に、現像剤規制部材と現像位置の両方
を同じ２極間に設けたという簡単な構成で長期に亘って
高画質の画像が安定して得られる様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は先願に開示の現像装置の断面図。 第２図は第１図の装置の部分拡大断面図。 第３図は本発明の実施例による現像装置の概略図、 第４図はマグネットローラの垂直方向の磁界分布図、 第５図はマグネットローラの水平方向の磁界分布図であ
る。 図において、１は感光ドラム、２はスリーブ、３はマグ
ネットローラ、４は現像剤、5,6は現像バイアス電源、1
0はドクターブレード、である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電像を保持する像保持体と対向しキャリ
   アとトナーとを有する現像剤を担持する現像剤担持体
   と、この現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材
   と、現像剤担持体内に像保持体に対向し現像剤担持体と
   像保持体との最近接位置をはさんで設けられた第１及び
   第２磁極と、を有し、この第１及び第２磁極の磁力によ
   り現像領域でキャリアの穂を寝かせた状態で現像を行な
   う現像装置において、 上記規制部材による規制部を第１磁極と第２磁極の間と
   したことを特徴とする現像装置。