JP3033975B2 - 乾式現像方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真や静電記録等に採用される一成分
非磁性現像剤を用いる乾式現像方法にかかり、詳しく
は、静電潜像担持体に現像剤担持体上の一成分非磁性現
像剤を近接させ、この現像剤担持体に矩形波バイアスを
印加して静電潜像を可視像化する現像方法に関するもの
である。

〔従来の技術〕

静電潜像担持体に現像剤担持体上の静電潜像と同極性
に帯電された一成分非磁性現像剤を近接させて現像を行
う技術は、特公昭41−9475号公報によって公知である。
これは表面に現像剤の薄層を有するドナー部材を静電潜
像担持体に近接配置して静電潜像のみに現像剤を飛翔さ
せるものである。又、上記現像間隙に低周波の交番電界
を印加して現像を行う技術はジャンピング現像方式と呼
ばれ、特開昭55−18656号公報等に記載されている。こ
の方法は磁性現像剤を現像剤担持体であるマグネットロ
ーラー上に保持して現像域に搬送し、次の二過程を行う
ものである。

第１の過程；現像部位における現像剤担持体と静電潜
像担持体の間隙において、非画像部分においても、画像
部分においても現像材粒子の転移と、現像剤担持体への
逆転移が交互に繰り返されるための低周波交番電界を印
加する過程。

第二の過程；現像間隙に現像剤担持体から画像部へ一
方的に現像剤の転移を生ぜしめ、且つ非画像部から現像
剤担持体へ一方的に現像像の逆転移を生ぜしめる上記第
一の過程における電界とは強度の異なる低周波交番電界
を印加する過程。

これにより良好な画像の再現が得られるとしている。
しかしながら、ジャンピング現像方式においては鉄粉を
含んだ磁性現像剤を使用することが前提となっているた
め、鮮明なカラー画像が得られないという問題点があっ
た。又、矩形波パルスのデューティ比を可変にして現像
剤の飛翔を安定的に行うという考えは特開昭60−118865
号公報等に記載されているが印加バイアスの型とその作
用効果までは開示されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の磁性現像剤を用いた飛翔現像の装置において
は、例えば第７図の正弦波もしくは第８図の矩形波が現
像担持体である現像ローラーに印加され、現像剤に静電
潜像担持体に向けて飛翔するエネルギーを与えている。
これらの図中、ＶDは静電潜像の画像部電位、ＶLは非画
像部電位を示している。マイナスの電荷を持った磁性現
像剤によるポジ・ポジ現像（静電潜像の極性と逆極性の
現像剤を用いる、所謂、正規現像）の場合に、100μｍ
の現像間隔（現像ローラー表面と静電潜像担持体表面と
の間隔）に正弦波形のバイアスを印加したときの静電潜
像電位に対する画像反射濃度を測定した画像濃度曲線
（以下、ID曲線という）は、横軸に静電潜像電位、縦軸
に画像濃度を取った第９図に示したものとなり、高電位
部まで安定して濃度か出ている。

ところが非磁性の現像剤を用いた飛翔現像の装置に正
弦波形のバイアスを印加したときには第９図のような良
好なID曲線は得られず、第10図に示すものとなる。実験
条件としては、単位質量当りの電荷量（Q/M）がマイナ
ス８μC/gの非磁性現像剤を用い、現像間隙100μｍに振
幅1500Vの正弦波をプラス250Vの直流電圧を重畳して印
加したものである。感光体上の画像部電位プラス500V、
非画像部電位プラス50Vである。第10図のID曲線を見れ
ば、周波数が500ヘルツのときは地カブリがとれず濃度
も上がらない。1000ヘルツでは画像は潜像の電位の高い
部分よりも電位の中間の部分が濃度が高くなり、エッジ
部が抜けたりライン部がぼけるなどして、画像の鮮明度
が不足している。1500ヘルツでは更に潜像の電位の高い
部分の濃度が落ち画像が不鮮明になる。又、直流電界に
よる飛翔現像では現像効率も悪く階調性がとれない。

このようにQ/Mがマイナス８μC/gの非磁性現像剤にお
いては正弦波バイアスも直流バイアスも飛翔現像に適さ
ない。第11図に、Q/Mがマイナス17μC/gの非磁性現像剤
を用い、印加電圧の周波数が1000ヘルツの場合のID曲線
を、上述の第10図におけるQ/Mがマイナス８μC/gの非磁
性現像剤を用い、印加電圧の周波数が1000ヘルツの場合
のID曲線と共に示す。同図より、Q/Mがマイナス17μC/g
の非磁性現像剤を用いた方が高電位部の現像特性は良い
ことが判るが、Q/Mが高くなると安定的に現像ローラー
上に多層に保持する事が困難であり、又現像効率が悪く
なるため濃度が上がらないという問題がある。

ここでいうQ/Mは、質量約30gのファラデーゲージに10
mg程度の現像ローラー上の現像剤を空気と共に吸引して
電荷量を測定したものである。

このように正弦波やデューティ比が１対１の矩形波の
バイアスを現像ローラーに印加して非磁性現像剤層に力
学的な飛翔のエネルギーを与えても、電界の強度に応答
する現像剤の飛翔特性が得られなかった。これは、非磁
性の現像剤粒子が鉄粉を含まず一個当りの質量が磁性現
像剤粒子に比較して軽い事に加え、非磁性現像剤は現像
ローラー上で磁気による拘束力を持たないためと考えら
れる。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、非磁性
の一成分現像剤層を感隙を持つて保持された静電潜像担
持体に向けて飛翔現像することで、高画質の画像を得る
ことが可能で、且つ簡便な構成でカラー化も容易な低コ
ストの現像装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、請求項（１）記載の発明
は、静電潜像担持体に現像剤担持体上の静電潜像と同極
性に帯電された一成分非磁性現像剤を近接させ、該現像
剤担持体に矩形波バイアスを印加して静電潜像を可視像
化する乾式現像方法において、該矩形波バイアスとし
て、周波数が300ヘルツ乃至1500ヘルツで、現像剤の帯
電極性と同極性で絶対値が100ボルト以下か又は現像剤
の帯電極性と逆極性の第一電圧部と現像剤の帯電極性と
同極性で絶対値が700ボルト以上の第二電圧部とからな
り、第一電圧部の第二電圧部に対するデューティ比が３
対２以上である矩形波バイアスを用い、現像剤として、
単位質量当りの電荷量が５μC/g乃至20μC/gの現像剤を
用いることを特徴とするものである。

また、請求項（２）記載の発明は、静電潜像担持体に
現像剤担持体上の静電潜像と逆極性に帯電された一成分
非磁性現像剤を近接させ、該現像剤担持体に矩形波バイ
アスを印加して静電潜像を可視像化する乾式現像方法に
おいて、該矩形波バイアスとして、周波数が300ヘルツ
乃至1500ヘルツで、現像剤の帯電極性と逆極性で絶対値
が600ボルト以上の第一電圧部と現像剤の帯電極性と同
極性で絶対値が100ボルト以上の第二電圧部とからな
り、第一電圧部の第二電圧部に対するデューティ比が３
対２以上である矩形波バイアスを用い、現像剤として、
単位質量当りの電荷量が５μC/g乃至20μC/gの現像剤を
用いることを特徴とするものである。

〔作用〕

上記の様に構成された請求項（１）記載の発明は、静
電潜像の極性と同極性の現像剤を用いる、所謂、反転現
像を行う。非磁性の現像剤層を、間隙を保って対向され
た静電潜像担持体に向けて飛翔現像する際に現像剤担持
体に印加する矩形波バイアスの、第一電圧部の第二電圧
部に対するデューティ比が３対２以上であるため、バイ
アスの時間平均値が、該デューティ比が１対１の場合よ
りも現像剤の帯電極性と逆極性、即ち、静電潜像と逆極
性に偏奇する。これにより、静電潜像の電界の強度に応
答して非磁性現像剤層が飛翔するように作用するもので
ある。

また、請求項（２）記載の発明は、静電潜像と逆極性
に帯電された一成分非磁性現像剤を用いる、所謂、正規
現像を行う。非磁性の現像剤層を、間隙を保って対向さ
れた静電潜像担持体に向けて飛翔現像する際に現像剤担
持体に印加する矩形波バイアスの、第一電圧部の第二電
圧部に対するデューティ比が３対２以上であるため、バ
イアスの時間平均値が、該デューティ比が１対１の場合
よりも現像剤の帯電極性と逆極性、即ち、静電潜像と同
極性に偏奇する。これにより、静電潜像の電界の強度に
応答して非磁性現像剤層が飛翔するように作用するもの
である。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図乃至第４図に基づいて説
明する。

本実施例は、Q/Mがマイナス８μC/gに帯電された一成
分非磁性現像剤を用いて（現像ローラー２表面の現像剤
付着量は1.0mg/cm²）、画像部電位プラス500V、非画像
部電位プラス50Vの静電潜像をポジ・ポジ現像するもの
である。

第１図は本実施例の乾式現像方法を適用した現像装置
の概略構成図である。

静電潜像担持体である、ドラム状のセレン感光体１
と、一成分非磁性現像層を担持する現像剤担持体である
現像ローラー２と、現像ローラー２に圧接して当接部で
現像ローラー２と逆方向に回転する、現像剤供給部材で
あるスポンジローラー３と、現像ローラー２上に面当て
で当接している、現像剤の薄層形成部材であるウレタン
ゴムブレード４とを備えており、セレン感光体１は線速
度1500mm/秒で矢印方向に回転駆動されており、現像ロ
ーラー２はこのセレン感光体１との対向領域で線速度が
等しくなるように矢印方向に回転駆動されている。ここ
で、現像ローラー２は、アルミ素材の表面にフッ素系樹
脂が塗付されたものであり、セレン感光体１表面と100
μｍの間隔で配置されている。ホッパー６に補給された
現像剤はアジテーター５によって撹拌され、スポンジ状
の供給部材３に渡され、現像ローラー２との摩擦によっ
て帯電され、現像ローラー２の表面に付着する。ウレタ
ンゴムブレード４によって、現像ローラー２に付着して
いる現像剤は均一な現像剤層となって現像領域に搬送さ
れる。現像剤層とセレン感光体１は非接触で対向してお
り、現像開始時にパルス電源８から矩形波バイアスが現
像ローラー２とスポンジローラー３に同時に印加され
る。

本実施例における矩形波バイアスは、周波数が1000ヘ
ルツで、横軸に時間、縦軸に電圧を取った、第２図
（ｂ）に示す様に、第一電圧部であるプラス800ボルト
の高電圧部ａと第２電圧部であるマイナス200ボルトの
低電圧部ｂとからなり、高電圧部ａの低電圧部ｂに対す
るデューティ比が２対１で、該デューティ比が１対１
（第２図（ａ）の矩形波バイアス）の場合よりもバイア
スの時間平均値（第２図中、ＶPと表示する）がプラス
側に偏奇しているものである。同図中、ＶDは静電潜像
の画像部電位、ＶLは非画像部電位を示している。

本実施例によれば、第３図中、Ｂで示すI/D曲線のよ
うに、高電位部でも充分な濃度が得られ、又、ID、シャ
ープ性、階調性についての画像評価の結果を示す第４図
中、Ｂとして示すように、画像評価も良好であった。こ
こで、第３図、第４図においては、比較のため、上記デ
ューティ比が１対１である場合をＡとして示している。

又、本実施例と上記デューティ比が３対１である点で
のみ異なる第２図（ｃ）に示す矩形波バイアスを用いた
現像でも、第３図、第４図中、それぞれＣとして示すよ
うに、高電位部でも充分な濃度が得られ、画像評価も良
好であった。

更に、セレン感光体１と現像ローラー２上の現像剤層
との間隔、矩形波バイアス、現像剤のQ/M等を異ならせ
て実験を行ったところ、セレン感光体１と現像ローラー
２上の現像剤層との間隔が30μｍ乃至250μｍで、矩形
波バイアスが周波数300ヘルツ乃至1500ヘルツで、0.5乃
至2.5ミリ秒間のプラス600ボルト以上の高電圧部と0.1
乃至0.9ミリ秒間のマイナス100ボルト以下の低電圧部と
からなり、高電圧部の低電圧部に対するデューティ比が
３対２以上で、該デューティ比が１対１の場合よりもバ
イアスの時間平均値がプラスに偏奇しており、Q/Mがマ
イナス５μC/g乃至マイナス20μC/gの現像剤を現像ロー
ラー２表面に0.3mg/cm²乃至2.0mg/cm²付着させたもので
は、同様に、高電位部でも充分な濃度が得られ、画像評
価も良好であった。

次に、本発明の第２実施例を説明する。

この実施例は、Q/Mがマイナス８μC/gに帯電された一
成分非磁性現像剤を用いて（現像ローラー２表面の現像
剤付着量は1.0mg/cm²）、線速度120mm/秒で回転駆動さ
れるドラム状の有機感光体上に担持されている、画像部
電位マイナス150V、非画像部電位マイナス700Vの静電潜
像をネガ・ポジ現像（静電潜像の極性と同極性の現像剤
で現像する、所謂、反転現像）するものである。

本実施例の乾式現像方法を適用した現像装置は、現像
ローラー２として、アルミ素材の表面に微細な凹部を多
数設けて、これにフッ素系樹脂を封入したものを用い、
矩形波バイアスとして、第一電圧部である0.8ミリ秒間
のプラス200ボルトの高電圧部と第二電圧部である0.4ミ
リ秒間のマイナス1200ボルトの低電圧部とからなるもの
を用いるもので、これ以外の点は上記第１実施例と同じ
構成である。この実施例においても、第５図に示すI/D
曲線の様に高電位部でも充分な濃度が得られ、又、ライ
ン部の鮮明な解像度の良い画像が得られた。

又、有機感光体１と現像ローラー２上の現像剤層との
間隔、矩形波バイアス、現像剤のQ/M等を異ならせて実
験を行ったところ、有機感光体１と現像ローラー２上の
現像剤層との間隔が30μｍ乃至250μｍで、矩形波バイ
アスが周波数300ヘルツ乃至1500ヘルツで、0.5乃至2.5
ミリ秒間のマイナス100ボルト以上の高電圧部と0.1乃至
0.9ミリ秒間のマイナス700ボルト以下の低電圧部とから
なり、高電圧部の低電圧部に対するデューティ比が３対
２以上で、該デューティ比が１対１の場合よりもバイア
スの時間平均値がプラスに偏奇しており、Q/Mがマイナ
ス５μC/g乃至マイナス20μC/gの現像剤を現像ローラー
２表面に0.3mg/cm²乃至2.0mg/cm²付着させたものでは、
同様に、高電位部でも充分な濃度が得られ、画像評価も
良好であった。

次に、本発明の第３実施例を説明する。

この実施例は、Q/Mがプラス12μC/gに帯電された一成
分非磁性現像剤を用いて（現像ローラー２表面の現像剤
付着量は1.0mg/cm²）、線速度120mm/秒で回転駆動され
るドラム状の有機感光体上に担持されている、画像部電
位マイナス700V、非画像部電位マイナス150Vの静電潜像
をポジ・ポジ現像するものである。

本実施例の乾式現像方法を適用した現像装置は、現像
ローラー２として、アルミ芯金の表面にフッ素系樹脂を
塗布したものを用い、矩形波バイアスとして、第一電圧
部である0.8ミリ秒間のマイナス1200ボルトの低電圧部
と第二電圧部である0.4ミリ秒間のプラス400ボルトの高
電圧部とからなるものを用いるもので、これ以外の点は
上記第１実施例と同じ構成である。この実施例において
も、第６図に示すI/D曲線の様に高電位部でも充分な濃
度が得られ、又、ライン部の鮮明な解像度の良い画像が
得られた。

又、有機感光体１と現像ローラー２上の現像剤層との
間隔、矩形波バイアス、現像剤のQ/M等を異ならせて実
験を行ったところ、有機感光体１と現像ローラー２上の
現像剤層との間隔が30μｍ乃至250μｍで、矩形波バイ
アスが周波数300ヘルツ乃至1500ヘルツで、0.5乃至2.5
ミリ秒間のマイナス600ボルト以下の低電圧部と0.1乃至
0.9ミリ秒間のプラス100ボルト以上の高電圧部とからな
り、低電圧部の高電圧部に対するデューティ比が３対２
以上で、該デューティ比が１対１の場合よりもバイアス
の時間平均値がマイナスに偏奇しており、Q/Mがプラス
５μC/g乃至マイナス20μC/gの現像剤を現像ローラー２
表面に0.3mg/cm²乃至2.0mg/cm²付着させたものでは、同
様に、高電位部でも充分な濃度が得られ、画像評価も良
好であった。

更に、このプラス帯電の現像剤を用いて、ネガ・ポジ
現像を行ったところ、有機感光体１と現像ローラー２上
の現像剤層との間隔が30μｍ乃至250μｍで、矩形波バ
イアスが周波数300ヘルツ乃至1500ヘルツで、0.5乃至2.
5ミリ秒間のマイナス100ボルト以下の低電圧部と0.1乃
至0.9ミリ秒間のプラス700ボルト以上の高電圧部とから
なり、低電圧部の高電圧部に対するデューティ比が３対
２以上で、該デューティ比が１対１の場合よりもバイア
スの時間平均値がマイナスに偏奇しており、Q/Mがプラ
ス５μC/g乃至マイナス20μC/gの現像剤を現像ローラー
２表面に0.3mg/cm²乃至2.0mg/cm²付着させたものでは、
同様に、高電位部でも充分な濃度が得られ、画像評価も
良好であった。

以上の各実施例によれば、現像剤層と静電潜像担持体
の間隙が30μｍ乃至250μｍの範囲で好ましくは60μｍ
乃至140μｍの範囲であれば、安定的にライン部の鮮明
な解像度の優れた画像が得られ、更にベタ部も均一で充
分な画像濃度を達成できる。

又、現像ローラー上の単位面積当り現像剤質量が0.3m
g/cm²乃至2.0mg/cm²の範囲で好ましくは0.7mg/cm²乃至
1.5mg/cm²の範囲であれば現像ローラーと静電潜像担持
体が線速度が等しく動作しても充分な画像濃度を達成で
き、更に画像の後端部に現像剤溜りの無い均一な濃度が
得られ、更に現像装置の駆動トルクが小さくできる。

更に、現像保持ローラーは表面に比抵抗が10⁵乃至10
¹⁵Ω・cm、好ましくは10¹⁰乃至10¹²Ω・cmの範囲で厚み
が5mm以下の抵抗層、例えばフッ素系樹脂等を被覆すれ
ば、現像ローラーと静電潜像担持体の間隙が狭いわりに
矩形波バイアスの振幅が大きいとき（例えば、間隙100
μｍで、振幅が1000Vを越えるようなとき）にも、現像
ローラーと静電潜像担持体の間隙に放電が起きる恐れを
なくすことが出来、非磁性の現像剤層に充分な飛翔のエ
ネルギーを与えながら更に静電潜像に忠実な画像が得ら
れる。

なお、上記各実施例においては、像担持体としてドラ
ム状の感光体を用ているが、これに替え、ベルト状の感
光体を用いても良い。又、現像ローラー２にはマグネッ
トが不要なため低コストのローラーが使用でき、例えば
アルミの芯金にサンドブラストをかけたものへフッ素系
の樹脂を塗布したもの、又は導電性のゴム層を持ったも
のでも良い。現像剤供給部材３としてはスポンジ状部材
の他、ブラシ状部材でも良い。又、現像剤層形成部材と
してはウレタンゴムの他、他のゴム種類のゴムや金属の
弾性部材でも良い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、非磁性の現像剤層
を、間隙を保って対向された静電潜像担持体に向けて飛
翔現像する際に現像ローラーに印加する矩形波バイアス
が、第一電圧部の第二電圧部に対するデューティ比が３
対２以上で、該デューティ比が１対１の場合よりもバイ
アスの時間平均値が、現像剤の帯電極性と逆極性、即
ち、静電潜像と同極性に帯電された一成分非磁性現像剤
を用いる請求項（１）の発明においては静電潜像と逆極
性、静電潜像と逆極性に帯電された一成分非磁性現像剤
を用いる請求項（２）記載の発明においては静電潜像と
同極性になり、これにより、静電潜像の電界の強度に応
答して非磁性現像剤層が飛翔するので、高画質の画像を
得ることが出来、且つ、前記矩形波バイアスの周波数が
300ヘルツ乃至1500ヘルツの範囲で好ましくは500ヘルツ
乃至1200ヘルツの範囲であるので、滑らかな画像が得ら
れるという優れた効果がある。

又、非極性の一成分現像剤を用いるので、簡便な構成
でカラー化も容易な低コストの乾式現像装置を提供する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は、本発明の一実施例を説明するため
の図面であり、第１図は本実施例にかかる乾式現像方法
を適用した現像装置の概略構成図、第２図（ａ）乃至
（ｃ）はデューティー比が異なる矩形波バイアスの波形
図であり、それぞれ１対１、２対１、３対１のものを示
し、第３図は第２図（ａ）乃至（ｃ）の各矩形波バイア
スを用いた場合のID曲線を示す特性図、第４図は第２図
（ａ）乃至（ｃ）の各矩形波バイアスを用いた場合の画
像評価結果を示す表である。第５図、第６図は、それぞ
れ本発明の第２実施例、第３実施例におけるID曲線を示
す特性図である。第７図乃至第９図は、従来技術を説明
するための図面であり、第７図及び第８図は従来の現像
バイアスの波形図、第９図は従来の現像方法によるID曲
線を示す特性図である。第10図及び第11図は、従来の現
像方法における現像バイアスを非磁性一成分現像剤を用
いた現像に用いた場合のID曲線を示す特性図である。 ２……現像ローラー、８……パルス電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 G03G 15/06 101

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像担持体に現像剤担持体上の静電潜
   像と同極性に帯電された一成分非磁性現像剤を近接さ
   せ、該現像剤担持体に矩形波バイアスを印加して静電潜
   像を可視像化する乾式現像方法において、 該矩形波バイアスとして、周波数が300ヘルツ乃至1500
   ヘルツで、現像剤の帯電極性と同極性で絶対値が100ボ
   ルト以下か又は現像剤の帯電極性と逆極性の第一電圧部
   と現像剤の帯電極性と同極性で絶対値が700ボルト以上
   の第二電圧部とからなり、第一電圧部の第二電圧部に対
   するデューティ比（第一電圧部のデューティ 対 第２
   電圧部のデューティ）が３対２以上である矩形波バイア
   スを用い、現像剤として、単位質量当りの電荷量が５μ
   C/g乃至20μC/gの現像剤を用いることを特徴とする乾式
   現像方法。
2. 【請求項２】静電潜像担持体に現像剤担持体上の静電潜
   像と逆極性に帯電された一成分非磁性現像剤を近接さ
   せ、該現像剤担持体に矩形波バイアスを印加して静電潜
   像を可視像化する乾式現像方法において、 該矩形波バイアスとして、周波数が300ヘルツ乃至1500
   ヘルツで、現像剤の帯電極性と逆極性で絶対値が600ボ
   ルト以上の第一電圧部と現像剤の帯電極性と同極性で絶
   対値が100ボルト以上の第二電圧部とからなり、第一電
   圧部の第二電圧部に対するデューティ比（第一電圧部の
   デューティ 対 第２電圧部のデューティ）が３対２以
   上である矩形波バイアスを用い、現像剤として、単位質
   量当りの電荷量が５μC/g乃至20μC/gの現像剤を用いる
   ことを特徴とする乾式現像方法。