JPH0131605B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子写真法、静電記録法、静電印刷
法などにおいて形成される静電荷像を現像するた
めの静電荷像現像方法に関するものである。

一般に静電荷像を現像して可視像を形成せしめ
る方式として液体現像剤を用いる湿式現像方法
と、粉体現像剤を用いる乾式現像方式とが知られ
ており、乾式プロセスであつて普通紙を用いる点
で優れている後者は、更に、キヤリアとトナーと
より成る二成分現像剤を用いる方式と、トナーの
みより成る一成分現像剤を用いる方式とに大別さ
れる。

而して、一成分現像剤を用いる現像方式におい
ては、トナー濃度変化が本質的に生ずることがな
くて現像器の構成が簡素化される点及び現像剤の
特性が長期間に亘つて劣化せずに安定に得られる
点などにおいて、二成分現像剤を用いる方式に比
して優れてはいるが、反面、安定な画像形成性が
得られない重大な欠点があり、これは、一成分現
像剤を所要の状態に帯電せしめること、及び現像
に際して現像剤を、所要の状態で静電荷像支持体
に作用せしめることが困難であることが原因であ
る。

即ち、乾式現像方式によつて良好な可視画像を
得るためには、現像すべき静電荷像とは反対の極
性でしかも適切な大きさの帯電量状態となるよう
にトナーを帯電せしめることが必要であり、二成
分現像剤を用いる方式においては、トナーとキヤ
リアとを機械的に攪拌することによつてトナーを
摩擦帯電せしめるので、キヤリアの特性、攪拌の
条件等を選定することにより、トナーの帯電極性
及び帯電量を相当程度制御することが可能であ
る。しかしトナーのみより成る一成分現像剤にお
いては、そのようなキヤリアが存在しないため、
トナーの帯電極性及び帯電量の制御が非常に困難
である。

従来、一成分現像剤の帯電方法としては、機械
力による摩擦帯電法、注入電極による電荷注入帯
電法、コロナ放電器による帯電法が知られてい
る。

しかし機械力による摩擦帯電法においては、ト
ナーと攪拌機若しくは容器壁との摩擦、或いはト
ナー粒子相互間の摩擦によりトナーを帯電せしめ
るため、帯電量が一般に小さくてしかもその大き
さの制御が困難であり、しかも当然のことなが
ら、一部のトナーが、必要とされる極性とは反対
の極性に帯電する欠点がある。

電荷注入帯電法においては、現像剤が絶縁性で
あれば電荷の注入が困難であり、反対に導電性で
あればリークが生ずるようになつて大きな帯電量
を得ることができない欠点がある。

又コロナ放電器による帯電法においては、現像
剤を均一に帯電することができず、しかもコロナ
ワイアーが汚れるという欠点がある。

一方、帯電せしめた一成分現像剤を、静電荷像
を支持する静電荷像支持体に作用せしめて、本質
的には静電荷像の静電引力を利用して可視像化す
る手段（以下「現像手段」という。）としては
種々のものが知られており、現像剤を静電荷像支
持体の全面に接触せしめるようにして行なわれ
る、インプレツシヨン方式等の接触現像方式と、
現像剤を静電荷像支持体の全面とは接触せしめず
に行なわれる、ジヤンピング方式若しくはタツチ
ダウン方式等の非接触現像方式とに大別される。
本発明に係る現像手段は、特に絶縁性一成分現像
剤を用い、当該現像剤を静電荷像支持体の全面と
は接触せしめずに行なわれる非接触現像方式によ
るものである。

非接触現像方式においては、現像剤担持体を静
電荷像支持体と対向せしめてトナーを飛翔せし
め、これにより現像を行なうものであるので、ト
ナーには相当以上の帯電量が要求されると共に、
現像剤担持体上に保持されたトナー層の厚さ及び
表面状態が均一であることが強く要請される。

更に、接触現像方式又は非接触現像方式を問わ
ず、一成分現像剤による現像においては、現像領
域、即ち帯電された一成分現像剤が静電荷像支持
体に作用される領域に、現像に必要とされる最少
量で当該現像剤が搬入されることが望ましく、こ
れは、二成分現像剤と異なり、現像剤のすべてが
現像に与かる可能性を有するからである。そして
この必要とされる最少量とは、現像剤粒子の数層
が堆積した状態の量である。

しかしながら、従来においては、既述のように
一成分現像剤については所要の帯電極性及び帯電
量等の帯電状態を得ることができないのみなら
ず、現像領域に好ましい状態で帯電した現像剤を
搬入することができず、このため良好な可視画像
を安定に形成せしめることは困難であつた。

本発明は以上の如き事情に基いてなされたもの
であつて、絶縁性一成分現像剤を用いて非接触現
像方式により、良好な可視荷像を安定に形成せし
めることのできる静電荷像現像方法を提供するに
ある。

以上の目的は、円筒状の現像剤搬送体上の絶縁
性一成分現像剤の現像剤量を規制した後、前記現
像剤搬送体と対向して配置されると共に前記現像
剤搬送体の円周方向における両端部の形状を丸く
して絶縁材で被覆された板状の帯電用部材と、前
記現像剤搬送体との間で交番電界を形成された帯
電用空間に、現像剤量を規制された現像剤を導入
し、前記交番電界により現像剤を振動せしめて帯
電せしめ、この帯電した現像剤を用いて、非接触
現像方式により静電荷像を現像せしめることを特
徴とする静電荷像現像方法によつて達成される。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第１図は本発明方法の実施に用いる装置の一例
を示し、この例にあつては、静電荷像支持体を構
成する回転ドラム型感光体１の外周面と対向する
よう円筒状の金属製回転スリーブ２を配置し、こ
のスリーブ２に絶縁性一成分現像剤（以下単に
「トナー」という。）Ｔを供給する現像剤ホツパー
３を設け、前記現像剤ホツパー３と前記感光体１
との間に、当該スリーブ２の回転方向に沿つて、
トナー量規制部材４及び後述する構成を有する帯
電用部材５をこの順に設けて成り、前記帯電用部
材５は、第２図に示すように、前記スリーブ２の
外周面との間に均一な厚さの帯電用空間６が形成
されるよう対向配置し、例えば前記帯電用部材５
には、交流電源Ｖ、又は交流電源Ｖと、正又は負
の０〜300V程度の電圧のトナー付着防止用の直
流電源Ｅとを接続して前記帯電用空間６に交番電
界を生ぜしめるようにする。

前記帯電用部材５は、第４図に示すように、板
状の導電体の前記スリーブ２の円周方向における
両端部５Ａ，５Ａの形状を丸くし、更にこの両端
部５Ａ，５Ａを絶縁材７，７により被覆してなる
ものである。

本発明においては以上のような構成による装置
を用いて、次のようにして静電荷像を現像せしめ
る。

即ち、スリーブ２を前記感光体１と逆方向に回
転せしめて現像領域Ｄにおいて感光体１に同方向
に進行せしめるようにし、ホツパー３内に充填し
たトナーＴをスリーブ２上に供給して搬送せし
め、トナー量規制部材４によつて規制された量の
トナーＴを、前記交流電源Ｖにより交番電界が生
じている帯電用空間６内に導入せしめ、この帯電
用空間６においてトナークラウドが形成されるよ
う前記トナーＴの各粒子を振動せしめて帯電せし
める。

斯くして、後述するように、スリーブ２の外周
面上に形成される帯電トナー層を、当該スリーブ
２と前記感光体１とが互に対向する現像領域Ｄに
搬入せしめ、この現像領域Ｄにおいて、非接触現
像方式による現像手段により、感光体１に支持さ
れている静電荷像を現像せしめる。ここに非接触
現像方式による現像手段としては、当該静電荷像
の画像以外のバツクグラウンドの電位を現像上無
効にするために必要に応じて正又は負の100〜
300V程度の直流バイアス電圧を印加する手段、
或いは、電圧100V〜2KV、周波数100Hz〜5KHz
の振動電圧を印加する手段（例えば米国特許第
3866574号明細書或いは特開昭55−18656号公報参
照）を利用することができる。図中Ｂはこのバイ
アス電源である。又感光体１の表面とトナー層と
の最近間隔は通常１mm以下に設定される。

尚、第１図の例において、スリーブ２の回転方
向は、現像領域Ｄにおける進行方向が感光体１と
逆になる方向であつてもよいが、何れにせよ、ス
リーブ２の速度は感光体１に比して同等以上とす
るのが好ましい。

本発明方法は以上の通りであつて、トナーは帯
電用空間６を通過することによつて帯電される
が、そのメカニズムは次のようなものであると考
えられる。即ち、トナーＴは、粉粒状であるため
にその自然状態においても僅かながら帯電してい
るものであり、仮に全く帯電していないとして
も、これが帯電用空間６内に導入されるまでの間
における粒子相互間の摩擦或いは器具、器壁等と
の摩擦により帯電するようになる。

然るにこのように僅かながらではあつても、ト
ナーＴが帯電していることにより、これに電界が
作用すると当該トナーＴにクーロン力が働き、本
発明においては帯電用空間６において交番電界が
トナーＴに作用するため、トナーＴが電界の交番
振動に従つて振動するようになる。即ち、交流電
源Ｖの半周期において、トナー粒子は帯電用空間
６をスリーブ２又は帯電用部材５に向う方向に飛
翔してそれらに衝突し、次の半周期において逆方
向に飛翔して帯電用部材５又はスリーブ２に衝突
し、これが繰り返される。この状態において、ト
ナークラウドが形成される。そしてトナー粒子
は、主としてスリーブ２又は帯電用部材５に衝突
したときの摩擦によつて、或いは更に飛翔中等に
おいてトナー粒子同士が摩擦されることによつて
帯電する。このようにスリーブ２は、一方の帯電
用部材として作用する。

而してトナーＴの帯電極性は、スリーブ２及び
帯電用部材５の材質とトナーＴとの摩擦帯電序列
における相対的関係により決定され、従つてそれ
らの材質或いはトナー自体の材質を、結果として
トナーが帯電することとなるのに必要な相対的序
列関係を有するものとすることにより、これに応
じた極性でトナーＴが帯電するようになる。そし
て、この帯電したトナーは、その静電力によつ
て、前記スリーブ２又は帯電用部材５の表面に層
状に吸着されるようになつている。従つて、既述
のように、交番電界を形成するための交流電圧に
直流電圧を重畳せしめておくことにより、吸引力
又は反発力を利用して、或る一定帯電量に帯電し
たトナーＴを確実にスリーブ２上に吸着保持せし
めることができると共に、この吸着されたトナー
粒子に対してはそれ以上の帯電作用が行なわれ
ず、結局トナーは一定の帯電量で帯電された状態
となる。

前記スリーブ２及び帯電用部材５は少なくとも
一部が導電性物質により構成されていることが実
用上必要であり、これにより、トナーＴとの衝突
によつて当該スリーブ２又は帯電用部材５に生起
した電荷との電気的平衝を保つことができ、この
結果、これらにおける電荷の蓄積が防止されてト
ナーＴの所期の挙動が制約されることがない。こ
のような点から、前記スリーブ２及び帯電用部材
５を金属製としてこれらを電極板として用いるこ
とが好ましいが、それらを電極板を構成する基体
と、帯電用空間６に面する表面層とによつて形成
せしめることもできる。

更に前記帯電用空間６においては、その場とし
ての交番電界の作用によりトナーＴが振動して帯
電されるため、当該帯電用空間６に導入されたト
ナー粒子が実質上均一な作用を受けるようにな
り、この結果、すべてのトナーＴが高度の均一性
を以つて帯電されるようになる。そして前記帯電
用部材５をスリーブ２に対して平行に配置して帯
電用空間６の厚さを均一としておけば、当該帯電
用空間６の何れの領域においても同等の帯電作用
が果たされるため、トナーＴの帯電量を確実に均
一なものとすることができる。

又以上の帯電工程において、トナー粒子のスリ
ーブ２又は帯電用部材５に対する単位時間当りの
衝突回数及び衝突速度は、帯電用空間６における
交番電界を形成する交流電源Ｖの周波数及び電圧
に依存するから、これを制御することにより、結
果としてトナーの帯電速度若しくは一定帯電時間
における帯電量を容易に制御することができ、後
の現像工程において必要とされる十分な帯電量を
短時間のうちに得ることができる。

更に以上の帯電工程においては、帯電したトナ
ーＴを、その静電力によつてスリーブ２の外周面
上に付着せしめることができ、しかもこの付着し
たトナーＴは、均一な厚さの層状となる。これ
は、既述のように、帯電用空間６内においては均
一な帯電作用が行なわれること、及びトナーＴが
均一の帯電量に帯電することによる。そして帯電
用空間６内に導入されるトナーＴの量が常に一定
量であることが望ましいことは勿論であり、この
目的でトナー量規制部材４が用いられるが、帯電
用空間６内に導入されるトナーＴがこのトナー量
規制部材４によつて均一な厚さの層状とされるこ
とは必要ではない。これは、トナー粒子が飛翔す
るようになつて帯電が行なわれ、しかも帯電用空
間６における帯電作用が均一であるため、導入さ
れたトナーＴの層が均一でなくとも帯電したトナ
ーＴは均一な層となつてスリーブ２上に付着する
からである。

この帯電トナー層は、次に現像領域Ｄに搬入さ
れ、ここで感光体１と対向した状態で、トナーＴ
が飛翔し、感光体１上の静電荷に静電引力により
付着するようになり、その結果静電荷像が現像さ
れる。

而して本発明においては、以上のように、現像
領域Ｄに搬入されるトナーが十分大きな帯電量を
有すること、及びスリーブ２上の帯電トナーが均
一な厚さの層状にあつてこれと感光体１との間の
間〓の大きさを好ましい範囲（通常20〜500ミク
ロン程度）に規制することを確実に達成し得るこ
とから、感光体１上の静電荷像を確実に且つ容易
に現像することができ、結局良好な可視画像を安
定に形成することができる。

又トナーの帯電量を均一にすることができるた
め、現像領域Ｄに搬入されるトナーの殆どが現像
に供されるようになり、従つてトナー量規制部材
４により、結果として現像領域Ｄに搬入される帯
電トナー層の厚さ、即ち量を制御して現像に必要
にして十分な量とすることができ、カブリの発生
を抑止することができてきれいな可視画像が得ら
れる。

更にトナーの必要な帯電を高速で行なうことが
できるため、現像手段において従来における以上
の高周波電圧、例えば、電圧100V〜2KV、周波
数50Hz〜50KHz程度の高周波電圧を利用すること
により、高速現像を十分に実現することが可能と
なる。

そして前記帯電用部材５は、導電体の前記スリ
ーブ２の円周方向における両端部５Ａ，５Ａの形
状を丸くし、更にこの両端部５Ａ，５Ａを絶縁材
７，７により被覆してなる構成であるので、その
端部とスリーブ２との間で放電若しくは落雷現象
が生ずることが防止される。

本発明方法が適用されるトナーは、電荷保持能
を有することが必要であり、このためにトナーＴ
は10¹⁰Ω・cm以上の比抵抗を有するものであるこ
とが好ましい。

又帯電工程においては、トナーＴが飛翔するこ
とが必要であるので、トナーＴ中にシリカ微粉末
等の、トナーの凝集を防止し或いは凝集を解除す
る添加剤の混合が有効な場合もある。

次に本発明方法を実施する上で好適な条件につ
いて説明すると、トナーＴは、現像工程における
条件から、通常その粒径が0.1〜100ミクロンの範
囲内のものが好ましい。帯電用空間６においては
トナー粒子が振動するに必要な大きさ以上の交番
電界が必要であり、実用上、その範囲は±５×
10⁴〜５×10⁶V／ｍが好ましい。スリーブ２と帯
電用部材５間の電圧は、コロナ放電が生ずる電圧
（一般的には±4KV程度）より低い電圧とし、又
周波数はトナー粒子が追従し得る範囲であればよ
くて50Hz〜50KHzの範囲であるが、好ましくは
300Hz〜5KHzの範囲内である。

帯電用空間６の厚さは、通常0.1〜10mm程度で
あればよく、これに導入されるトナー量は、その
層の厚さが１〜500ミクロン程度の量であること
が好ましい。

又前記帯電用部材５については、第３図に示す
ように、中央から両端に向うに従つて帯電用部材
５がスリーブ２から一層離間するよう、例えば帯
電用部材５の中心Ｏをスリーブ２の中心O′より
遠方としてその半径Ｒをスリーブ２の半径R′よ
り大きいものとすることも、放電や落雷現象を防
止するために有効である。

更に帯電用空間６において飛翔したトナーＴが
外部に飛散して例えば帯電用部材５の背後に回り
込むことを防止するために、トナー量規制部材４
と帯電用部材５間の空間を蔽う遮蔽板を設けるこ
とが好ましい。

尚前記スリーブ２によるトナーの搬送は、トナ
ーの摩擦帯電による吸引力若しくはスリーブ２の
表面を粗面としてその摩擦力を利用することによ
り、或いは、ブラシを利用し、又は米国特許第
3866574号明細書に記載された方法を利用して行
なわれる。この搬送においては、直流又は交流電
圧をスリーブ２に印加することが有効な場合があ
る。

第５図は本発明方法に用い得る他の装置を示
し、この例においては、現像剤ホツパー３の代わ
りにトナータンク１２が用いられている。Ｂは現
像用バイアス電源である。

第６図は、帯電用空間６に交番電界を形成する
ための交流電源Ｖを、帯電用部材５の代りにスリ
ーブ２に接続した例を示し、このような構成にお
いては、現像手段において交流電源Ｖに加え、必
要に応じてバイアス電源Ｂを重畳せしめるように
することができる。

トナー量規制部材４としては、通常ナイフエツ
ジを有するものが用いられるが、これ以外にも、
第７図〜第１０図に示されるようなトナー量規制
部材４を用いることができる。第７図のものは板
状体であつてその先端縁に多数の切欠部２０を形
成した構成を示し、第８図のものは板状体の先端
縁部分に網体２１を有する構成を有する。第９図
のものは回転ロツド２２の外周に螺旋条２３を有
する構成を有し、第１０図のものは回転ロツド２
２の外周面に長さ方向に伸びる突条２４を形成し
た構成を有し、これら二者は回転されてトナー導
入量を規制するものである。

以上詳述したように、本発明によれば、絶縁性
一成分現像剤を用いて非接触現像方式による現像
手段を利用して、容易且つ確実に静電荷像を現像
することができ、良好な可視画像を安定に形成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明静電荷像現像方法に用い得る装
置の一例を示す説明図、第２図はその一部を拡大
して示す説明図、第３図は帯電用部材について好
ましい例を示す説明図、第４図は帯電用部材の構
成を示す説明図、第５図および第６図は、何れも
本発明方法を用いることのできる他の装置の構成
例を示す説明図、第７図〜第１０図はトナー量規
制部材の具体例を示す説明図である。 １……感光体、２……スリーブ、３……現像剤
ホツパー、４……トナー量規制部材、５……帯電
用部材、６……帯電用空間、７……絶縁材、Ｖ…
…交流電源、Ｔ……絶縁性一成分現像剤、１２…
…トナータンク、２０……切欠部、２１……網
体、２２……回転ロツド、２３……螺旋条、２４
……突条、Ｄ……現像領域、Ｂ……バイアス電
源、Ｅ……直流電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒状の現像剤搬送体上の絶縁性一成分現像
   剤の現像剤量を規制した後、前記現像剤搬送体と
   対向して配置されると共に前記現像剤搬送体の円
   周方向における両端部の形状を丸くして絶縁材で
   被覆された板状の帯電用部材と、前記現像剤搬送
   体との間で交番電界を形成された帯電用空間に、
   現像剤量を規制された現像剤を導入し、前記交番
   電界により現像剤を振動せしめて帯電せしめ、こ
   の帯電した現像剤を用いて、非接触現像方式によ
   り静電荷像を現像せしめることを特徴とする静電
   荷像現像方法。 ２ 現像剤搬送体と、現像されるべき静電荷像を
   支持する静電荷像支持体との間に直流又は交流電
   圧が印加された状態で、現像が行なわれることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電荷像
   現像方法。