JP2979599B2 - 電子写真現像法 - Google Patents

電子写真現像法

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JP2979599B2 JP2212787A JP21278790A JP2979599B2 JP 2979599 B2 JP2979599 B2 JP 2979599B2 JP 2212787 A JP2212787 A JP 2212787A JP 21278790 A JP21278790 A JP 21278790A JP 2979599 B2 JP2979599 B2 JP 2979599B2
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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、実用上最
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練、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、ノイズが出やすいという問題点を
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、特に方向性のエッ
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
けると方向性のエッジ効果とスリ跡、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/kεθ+1/CS) ただし、V: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、ε0:真空誘電率、CS: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、か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
のエッ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法提供す
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58−
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10〜40mg/cm2、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/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/cm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、10mg/cm2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。40mg/cm2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、一般的には30〜80μ
m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、磁極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1は感光体1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10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。
これら両現像装置において、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
は現像時のトナーが移動することにより生じる現像電流
を用いて表示してある。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、1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図からわかるように、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、格言すれば現像剤層が現像ス
リーブ2側へ凹んで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図からわかるよう
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20mg/cm2 印加電圧:現像バイアス直流電圧VB=100Vおよび2KVP-P
(周波数2KHZ)の交流電圧VAC θ:0.8(感光体周速度9.6cm/s) 現像スリーブ2と感光体3との距離(現像ギャップ):
0.4mm 前記条件で幅が3.5〜4mm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てある。この図からわかる
ように、若干のエッジ効果は認められるが高濃度である
ため、ほとんど目立たず、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10mg/cm2より
少なくなると、第3図における潜像表面電位VS=400Vの
ラインがVS=200Vのラインに近づき、40mg/cm2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:9.6cm/s)、現像ギャップ0.7mm、現像バイアス電圧V
B=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。
この図からわかるように、従来の通常の現像法では非
常にエッジ効果が大きく、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VSがバイアス電位VBに近くなると、像先端の
エッジ効果はあい変わらずであるが、後端のエッジ効果
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、現像における重大な問題点となってい
る。
このような現像の方向によるエッ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、2KVP-P、2KHz
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図からわかるように、単に交流電圧を印加するだ
けでは方向性のエッ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2kVP-P、2kHzの交流電圧VAC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9.6cm/s)、現像ギャップ0.4mmとし、交流電圧を印加
せずに現像バイアス電圧VB=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VSと現像バイアス電位VB
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
のエッ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法提供す
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態を示す
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

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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
    て静電潜像担持体状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
    〜40mg/cm2、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/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。
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