JP2953664B2

JP2953664B2 - 現像方法

Info

Publication number: JP2953664B2
Application number: JP1081920A
Authority: JP
Inventors: 雅弘細矢; 三長斉藤; 光治遠藤; 善光大高; 幸男二俣
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba TEC Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JPH02259773A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、電子写真装置や静電記録層において潜像
を可視化する現像方法に係り、さらに詳しくはトナー担
持体上に形成された非磁性トナーの薄層を所定の潜像面
に供給することによって現像を行う現像方法に関する。

（従来の技術）トナー担持体上に形成された非磁性トナーの薄層を所
定の潜像面に供給することによって現像を行う現像方法
においては、トナー担持体表面に常に一定の量の非磁性
トナー層を形成することが極めて重要なポイントとな
る。磁性現像剤を磁気作用によってトナー担持体表面に
担持して現像を行う方法に比べ、非磁性現像剤（トナ
ー）をトナー担持体表面に担持し、常に一定量の非磁性
トナーを潜像に供給することは容易ではない。何故なら
ば、非磁性トナーに対しては磁気力のような遠隔作用力
を確実に作用させることができないため、所定潜像の現
像によってトナー担持体表面のトナー層が消費された
時、速やかにトナー担持体表面にトナー薄層を形成，回
復することが困難となるからである（以後、トナー担持
体表面に速やかにトナー薄層を回復し、常に一定量のト
ナー薄層を潜像に供給する能力をトナー搬送性と呼
ぶ）。このようなトナー搬送不良が生じると、ソリッド
画像の後半において濃度の低下が生じてしまう。しかし
て、トナー搬送性を改良するため、トナー容器内にスポ
ンジローラやブラシローラを設け、これらのローラによ
ってトナー担持体に非磁性トナーをこすりつけてトナー
供給を行う方法がたとえば特開昭62−5274号公報、同62
−7067号公報、同62−95558号公報などに開示されてい
る。

（発明が解決しようとする課題）上記開示された方法によれば、ある程度トナー搬送性
を改良できるが、トナー担持体表面と非磁性トナー粒子
との摩擦帯電が不十分な場合、非磁性トナー粒子はトナ
ー担持体表面に付着するとができず、搬送性の向上は期
待できない。また、初期状態においては良好なトナー搬
送性が得られても、長期間の使用によりトナー担持体表
面に非磁性トナーの薄膜が形成される現像、すなわちフ
ィルミングと呼ばれる現像が生じ、非磁性トナー粒子と
トナー担持体表面の間の摩擦帯電が不十分となって、ト
ナー搬送性が劣化してしまうことが往々ある。

ところで、複写機やレーザプリンタなどの電子写真装
置においては、得られる画像の濃度をコントロールする
方法として一般に感光体を露光する光量の制御、もしく
はトナー担持体に印加する現像バイアス電圧の制御によ
る方法が知られている。これらの方法によれば、画像濃
度をある程度コントロールすることが可能であるが、ト
ナー担持体表面に非磁性トナーの薄層を形成し、これを
潜像に供給することによって現像を行う現像方法を用い
る場合には、得られる画像濃度には上限が存在し、それ
以上の高濃度は望めないという問題がある。何故なら
ば、トナー担持体上の非磁性トナー薄層を100％消費し
てしまうと、それ以上の高濃度化は不可能となるからで
ある。高濃度化をはかるべく非磁性トナー層の厚さを増
すと、トナー担持体や非磁性トナー層厚規制部材もしく
は前述のトナー供給部材との接触を経ずにトナー担持体
表面に付着する非磁性トナー粒子が非画像部にカブリを
もたらすという問題が生じる。

本発明は上記事情に対処してなされるもので、非磁性
トナーを大量に消費した場合にも速やかにトナー担持体
表面に、所定量の非磁性トナーを付着させ、常に一定の
画像濃度を維持して高濃度の良質な画像を得ることがで
きる現像方法を提供することをその目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）第１および第２の発明は、トナー担持体表面に形成さ
れた非磁性トナーの薄層を所定の潜像面に供給すること
によって現像を行う現像方法において、現像終了後のト
ナー担持体表面に前記非磁性トナー薄層の一部を残留せ
しめることを特徴とし、第３の発明は、トナー担持体表面に形成された非磁性
トナーの薄層を所定の潜像面に供給することによって現
像を行う現像方法において、トナー担持体の移動速度v
t、潜像の移動速度をvi、現像以前のトナー担持体表面
に付着しているトナーの量をm₁（mg/cm²）としたとき、（vt/vi）・m₁の値を、現像する潜像の性質により可変
することを特徴とするもので、以て前記課題を解決する
ことを可能にしたものである。

（作用）第１および第２の発明によれば、現像終了後トナー担
持体表面に非磁性トナー薄層の一部が残留するため、こ
の残留トナーが新たな非磁性トナー粒子の付着を容易に
して（呼び込み）トナー搬送性は著しく改良される。何
故、残留トナーがトナー搬送性の改良をもたらすかは必
ずしも明確ではないが、残留トナーは自身の摩擦帯電電
荷がトナー担持体表面に逆極性の電荷（いわゆる鏡像電
荷）を誘起し、これに基づく鏡像力によってトナー担持
体表面に強く付着しているため、この残留トナーがトナ
ー容器内の新たな非磁性トナー粒子をすくい取り、以て
トナー搬送の向上に寄与するものと考えられる。非磁性
トナー層厚規制部材をトナー担持体表面に押圧すること
によって非磁性トナー薄層を形成する場合にも、上記の
残留トナーが規制部材の圧力下を通過する際規制部材と
トナー担持体の間に間隙を形成し、新たな非磁性トナー
粒子が圧力下を通過し易くするなどしてトナー搬送性は
著しく改良される。

第３の発明によれば、トナー担持体表面に現像前付着
しているトナーの量m₁（mg/cm²）が少ない場合にも、ト
ナー担持体と潜像の速度比vt/viを増すことによって潜
像へのトナー供給量（vt/vi）・m₁を増すことができ、
以て所望の高濃度画像を得ることもできる。もちろん、
トナー層厚規制部材もしくはその設定条件の変更により
m₁を増し、高濃度化を達成することもできるが、上記の
ようにm₁をむやみに増すことはカブリの発生につながる
のでvt/viの増加を併用することが好ましい。特に、ソ
リッド領域の多い画像を出力する際には（vt/vi）・m₁
の増加によりコントラストの高い良好な画像をえること
ができる。逆に、文字などのライン画像より成る画像を
出力する際には（vt/vi）・m₁を減少させ、潜像へのト
ナー付着量を抑制することによって、よりシャープな画
像を出力できる。このような（vt/vi）・m₁の変更は、
使用者の判断によってスイッチもしくはボリュームなど
を操作し、モータの回転速度もしくはトナー層厚規制部
材の設定条件を変更することによって達成することもで
きるし、また出力される画像の中でのソリッド画像の占
める面積の割合や、ライン画像の割合などを光学的もし
くは電気的手段によって検知し、予めプログラムされた
所定の判断基準に沿って自動的に変更することもでき
る。かくすることにより、非磁性トナー薄層を用いる現
像方法においても極めて広い範囲にわたって画像濃度の
コントロールを行うことが可能になる。

さらに重要な作用乃至効果として、（vt/vi）・m₁の増減によって上記のトナー搬送性をコ
ントロールできることが挙げられる。すなわち、文字な
どのライン画像を主体とする画像を出力する際にはトナ
ー消費量が少なくトナー搬送性の劣化を生じないため、
（vt/vi）・m₁を小さな値に抑えて、よりシャープなラ
イン画像を出力する。逆に、ソリッド画像を主体とする
画像を出力する際には（vt/vi）・m₁を大きくして潜像
へのトナー供給量を増し、以て現像後のトナー担持体上
の残留トナーをも増加させてトナー搬送性の改良を達成
し、ひいては画像濃度の低下を効果的に防止できる。こ
こで（vt/vi）・m₁の増減は、手動で行ってもよいし、
出力すべき画像の性質（性状）つまり現像する潜像がラ
イン画像かソリッド画像かなどを検知し、自動制御を行
ってもよい。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。

実施例１第１図は本発明に係る現像方法の実施に用いた現像装
置の要部を断面的に示したものである。図において、１
はローラ型トナー担持体で、金属シャフト1aの外周に弾
性体層1bおよび導電体層1cを順次同軸的設けた構成を成
し、図中反時計方向に周速vt（mm/sec）で回転するよう
に配設されている。しかして、このトナー担持体１の表
面導電体層1cと金属シャフト1aは導通状態にあり、前記
シャフト1aには保護抵抗２を介して現像バイアス用電源
３が接続されている。ローラ型トナー担持体１の表面に
は、攪拌子４およびトナー供給ローラ５によってトナー
が供給され、トナー層厚規制部材６の規制作用によって
均一な厚さのトナー薄層７が形成される。トナー薄層７
は現像位置において所定の潜像を保持する感光体ドラム
８に接触し、感光体表面に保持された所定の潜像を現像
する。

なお、図において９はトナー容器、10は感光体ドラム
８に対する帯電器、11は感光体ドラム８面での現像像を
走行する被転写紙に転写する転写手段、12は前記転写後
感光体ドラム８面に残留被着しているトナーを除去する
手段である。

本実施例では、未露光部電位V₀が−500V、露光部電位
V₁が−50Vの潜像に反転現像法によってトナーを付着さ
せる場合について例示する。すなわち、背景電位、画像
部電位はそれぞれV₀、V₁に対応する。トナー担持体１の
導電体層1cには現像バイアス電圧V₂が印加されている。
なお、この実施例においては、V₂＝−200V、vt＝80mm/s
ec、感光体表面速度vi＝40mm/sec、感光体ドラム８とト
ナー担持体１の接触幅は２〜3mmとし、トナーはスチレ
ンアクリル樹脂、カーボンブラック、帯電制御剤、ワッ
クス、疎水性シリカなどから成る負帯電型−成分非磁性
トナーを用いる場合を標準状態とする。また、画像の評
価は、東京電気（株）製のレーザプリンタLB−1305によ
って（株）東芝のPPC用指定紙上にトナー像を定着し、
これをマスベス反射濃度計RD−918によって測定する方
法を用いた。但し、前記レーザプリンタは、現像ユニッ
トを第１図に示した一成分非磁性現像装置に改造したも
のを使用した。さらに、トナー搬送性の評価は、全面黒
ベタ画像のA4紙先端の画像濃度Ｄと後端の画像濃度Ｄ′
を測定し、Ｄ−Ｄ′が0.2以下の時には良好、0.2を超え
る時には不良と判定する方法を用いる。また、現像前の
トナー担持体表面に付着しているトナーの量をm₁（mg/c
m²）、m₁のうち現像によって潜像面に転移するトナーの
量をm₂（mg/cm²）、現像後にトナー担持体表面に残留し
ているトナーの量をm₃（mg/cm²）とし、次の３通りの方
法でこれらの値を測定した。

粘着テープ（スコッチメンディングテープ、810）に
よってトナー担持体表面および感光体表面のトナーを採
取し、採取面積と重量からm₁、m₂、m₃に換算する方法。

現像の実行により、トナー付着前後の感光体ドラムの
重量差を測定し、m₁、m₂を算出し、m₃＝m₁−m₂よりm₃を
得る方法。但し、m₁は現像電界を高め、トナー層が完全
に感光体側へ転移する条件下で測定する。

トナー担持体表面のトナー層をエアーによってサイク
ロン内に吸引し、その重量を測定することによってm₁、
m₃を算出、m₂＝m₁−m₃によってm₂を得る方法。

これら３通りの測定値の一致は極めて良好であるた
め、いずれの測定値を用いてもよい。

はじめに、m₂／m₁またはm₃／m₁の値とトナー搬送性
（Ｄ−Ｄ′）の相関を調べた。m₁の値は0.4〜0.6（mg/c
m²）の範囲内とし、現像電圧V₁−V₂を種々変更すること
により、m₂、m₃の値を変化させた。その結果、m₂／m₁≦
0.9の範囲内ではＤ−Ｄ′が0.2以下となり、良好なトナ
ー搬送性が認められたが、m₂／m₁が0.9を超えるとＤ−
Ｄ′が0.2を超え著しいトナー搬送不良が認められた。
諸条件の変動を考慮すると、実用上はm₂／m₁を0.8以下
とすることがより好ましい。m₃／m₁を用いると、m₃／m₁
≧0.1、好ましくはm₃／m₁≧0.2の時に搬送性が良好とな
る。現像後にトナー担持体表面に残留するトナー量m₃の
絶対値で表現すれば、0.04（mg/cm²）以上、好ましくは
0.08（mg/cm²）以上とすることが良好なトナー搬送性を
得るための条件となる。

次に、潜像面の単位面積（１cm²）に供給するトナー
の量、すなわち（vt/vi）・m₁とトナー搬送性の相関を
調べた。画像濃度1.0以上の画像を得るためには、潜像
面の１cm²あたりに0.58ないし0.63mgのトナーを付着さ
せなければならないことから、m₃／m₁≧0.1という条件
を満たすためには、（vt/vi）・m₁≧0.7 を満足すべく、vt、vi、m₁を設定しなければならないこ
とが明らかになった。この条件下においては、初期画像
濃度を1.0以上とし、かつ前記Ｄ−Ｄ′が0.2以下となる
よう設定でき、常に均一で高濃度のソリッド画像を出力
できる。（vt/vi）・m₁が大きい時には、潜像により多
くのトナーを供給できると同時に現像後のトナー担持体
表面により多くのトナーを残留させることができるの
で、トナー搬送性を向上させる上で（vt/vi）・m₁を、
より大きな値とすることが望ましい。

実施例２本実施例においては第２の発明について詳細に説明す
る。

前記第１図示構成の現像装置において、トナー担持体
１は図示しないモータによって回転駆動される。モータ
の回転速度は周知の通り、コントロール回路中の定数を
変更することにより一般に容易に変更し得るため、トナ
ー担持体１の移動速度vtの変更によって（vt/vi）・m₁
を変更し、トナー搬送性や、画像濃度、シャープネスを
改良することは可能である。特に、出力すべき画像の性
質（性状）がソリッド部を主体とするもので現像によっ
て多量のトナーが消費されると予想される場合には、複
写機やプリンタの使用者がこれら機器に設置されている
スイッチやボリュームを操作することによってモータの
回転速度を選択し、（vt/vi）・m₁を増加させて、トナ
ー搬送不良の無い均一で高濃度の画像を出力することが
できる。従来の露光量もしくは現像バイアスによる濃度
調整法では、トナー担持体表面のトナー薄層が100％感
光体表面に付着する条件に達すると、それ以上の高濃度
化は不可能であったが、本発明方法によれば（vt/vi）
・m₁の増加によって原理的には無限に高濃度することが
でき、かつトナー搬送不良による濃度低下も生じない。
逆に出力すべき画像が文字等のライン画像を主体とする
もので、多量のトナーが消費されることはないと予想さ
れる場合は、トナー担持体駆動用モータを減速すること
によって過剰現像による文字画像のつぶれを防止し、よ
りシャープな画像を得ることができる。

また、電気信号に変換された画像データを用いて所望
の画像を出力する装置、たとえばレーザビームプリン
タ、LEDプリンタ、液晶プリンタ、イオノグラフィック
プリンタ、静電記録装置およびこれらを用いた複写装置
においては、出力すべき画像を自動解析しソリッド部の
割合に応じてトナー担持体の回転速度を自動制御するよ
うに構成すれば、常に均一で高濃度のソリッド画像とシ
ャープなライン画像を得ることができる。

第１図に示した現像装置を用いてさらに具体的に説明
する。感光体ドラム８と、ローラ型トナー担持体１の回
転周速を各々vi、vtとし、ローラ型トナー担持体１の外
径をｄとすると、出力すべき画像に含まれるソリッド画
像の長さ（感光体表面の円周方向、もしくは紙に転写さ
れた画像で言えば紙の進行方向に沿って測定した長さ）
ｌがｌ＜πｄ・（vi/vt）を満たす時には、上記のトナー搬送不良に起因する濃度
低下は生じない。何故ならば、トナー担持体１の回転に
相当するソリッド画像の長さは出力画像においては、π
ｄ・（vi/vt）であり、ｌがこの値以下であればトナー
搬送不良を問題にする必要がないからである。したがっ
て出力すべき画像に長さｌが、ｌ≧πｄ・（vi/vt）を満たすソリッド画像が存在する時には、上記の方法で
（vt/vi）・m₁を増し、トナー搬送不良を防止すればよ
い。画像変調された電気信号を用いて画像を出力する機
器においては、画像データを自動解析し、上記ｌの値に
応じて自動的に（vt/vi）・m₁を変更することができ
る。複写原稿からの反射光を感光体表面に結像すること
によって静電潜像を形成し、これを現像して複写を行
う、いわゆるアナログ式複写機においては、上記のｌを
自動検知することは容易ではないので、ユーザーの判断
もしくは好みにより手動でトナー担持体の回転速度を可
変できるよう設定してもよいし、原稿からの反射光の強
度を検知して自動的に（vt/vi）・m₁を変更するように
設定してもよい。

上記の説明においては、主としてvtを変更することに
よって（vt/vi）・m₁を変更する方法について述べた
が、m₁を可変として制御することも可能である。この場
合には、トナー層厚規制部材６のトナー担持体１への押
圧力Ｐを可変とする方法が有効である。具体的には、第
１図に示した装置においてトナー厚層規制部材６に荷重
を与えるスプリング13の長さを決める荷重規制部材13a
を図中上下方向に移動可能とし、図示されていない駆動
手段によって適宜上下の位置設定を行えば、m₁を0.1（m
g/cm²）程度から1.2（mg/cm²）程度まで変化させること
ができた。

［発明の効果］上記の如く、本願に係る第１の発明によれば、トナー
搬送性の劣化乃至低下を防止し、常に均一で高濃度の良
好な画像を得ることができる。また本願に係る第２の発
明によれば、出力すべき画像の性質、特にソリッド画像
の長さに応じて潜像へのトナー供給量（vt/vi）・m₁を
変えるため、画像濃度を極めて広い範囲にわたって任意
に変えることができ、同時によりシャープなライン画像
を得ることができる。しかも、潜像へのトナー供給量
（vt/vi）・m₁を増せば同時に、トナー担持体上に現像
後より多くのトナーを残留させることができるので、ト
ナー搬送性の向上を達成することもできる。さらに、画
像の性質に応じてvtを変更することによって、トナー担
持体表面の摺擦を必要以上に多くすることもなく、ひい
てはトナー担持体の長寿命化にもつながるなど、多大の
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の実施に用いた現像装置の要部を示
す断面図である。１……トナー担持体５……トナー供給ローラ６……トナー層厚規制部材７……トナー薄層８……潜像保持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤三長神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝総合研究所内 (72)発明者遠藤光治静岡県三島市南町６―78 東京電気株式会社技術研究所内 (72)発明者大高善光静岡県三島市南町６―78 東京電気株式会社技術研究所内 (72)発明者二俣幸男静岡県田方郡大仁町大仁570 東京電気株式会社大仁工場内 (56)参考文献特開昭61−240261（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−85659（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−49066（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トナー担持体表面に形成された非磁性トナ
ーの薄層を所定の潜像面に供給することによって現像を
行う現像方法において、ベタ画像の現像後にトナー担持体表面に、前記非磁性ト
ナーの薄層の一部を残留させ、非磁性トナーがトナー担
持体表面に残留した状態で新たな非磁性トナーをトナー
担持体表面に付着させるとともに、前記残留する非磁性
トナー量が0.04mg/cm²以上であることを特徴とする現像
方法。
【請求項２】トナー担持体表面に形成された非磁性トナ
ーの薄層を所定の潜像面に供給することによって現像を
行う現像方法において、ベタ画像の現像後にトナー担持体表面に、前記非磁性ト
ナーの薄層の一部を残留させ、非磁性トナーがトナー担
持体表面に残留した状態で新たな非磁性トナーをトナー
担持体表面に付着させるとともに、トナー担持体表面に
付着している現像前の非磁性トナー量をm₁（mg/cm²）、
現像によって潜像面に転移する非磁性トナーの量をm
₂（mg/cm²）、トナー担持体の表面に現像後残留してい
る非磁性トナーの量をm₃（mg/cm²）としたとき、 m₂／m₁≦0.9またはm₃／m₁≧0.1を満たすように設定する
されていることを特徴とする現像方法。
【請求項３】トナー担持体表面の移動速度vt、潜像の移
動速度をvi、トナー担持体表面に現像前付着している非
磁性トナーの量をm₁（mg/cm²）としたとき、条件式（vt/vi）・m₁≧0.7 を満たすように設定されていることを特徴とする請求項
２記載の現像方法。