JPH0352870B2

JPH0352870B2 -

Info

Publication number: JPH0352870B2
Application number: JP59502519A
Authority: JP
Inventors: Gyarorudo Furederitsuku Furitsutsu; Jooji Fuiritsupu Kasupaa; Aasaa Sutanrei Kurooru; Maikeru Moozuhauaa
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1991-08-13
Also published as: EP0148904A1; US4473029A; CA1228634A; JPS60500834A; JPS60501184A; WO1985000438A1; JPH059790B2

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は、電子写真方式の現像の構造、手順お
よびシステムの改善に関し、特に硬性の磁気キヤ
リアおよび電気的な絶縁性を有するトナーを含む
電子写真の現像剤を用いる現像のための改善に関
する。

［背景技術］ 1983年11月４日出願の国際特許出願PCT／
US83／01716号（MiskinisおよびJadwinの名義
の1982年11月８日出願の米国特許出願第440146
号）は、２つの構成要素からなる硬性の磁気キヤ
リアを含む乾式電子写真現像剤組成およびその使
用方法を開示している。概略的に言えば、上記米
国特許出願に開示されたシステムは、非磁気シエ
ル内部で回転運動を行なう磁気コアからなる磁気
ブラシ塗布装置と組合せて、電気的な絶縁性を有
するトナー粒子と「硬性」の磁気キヤリア粒子
（磁気的に飽和状態に置かれる時高いレベルの最
小保磁力を呈する磁気キヤリア粒子を意味する）
からなる現像剤混合物を使用する。このトナーお
よびキヤリア粒子は、混合するときの相互作用で
互いに反対の摩擦電荷を有する。この塗布／現像
システムは、例えば、現像速度を大きくするこ
と、現像された画像におけるスクラツチを低減す
ること、および磁界パターンの欠陥により生じる
現像された画像内のパターンを低減すること等の
電子写真方式の現像法における重要な改善を提供
するものである。

このような現像／塗布システムにおいてはいく
つかの問題が生じた。例えば、ある状況において
は、他のベタ領域の画像部分と関連して背景にお
ける濃度の望ましくない変化が生じる。また、あ
る用途においては、(1)ベタ領域の縁部や細い線の
像やハーフトーンの点などに対する現像の完全
さ、および(2)画像の現像の均一性および連続性を
合わせ考えた観点からは問題が存在する。更に、
上記のシステムのいくつかの実施例によれば、現
像された画像に望ましからざる量の拾われたキヤ
リア粒子が存在する。

［発明の概要］本発明の目的は、例えば上記の国際特許出願に
おいて開示された種類のシステムにおいて上記の
如き問題および短所を低減するかあるいはこれを
回避する電子写真の画像の現像のための改善され
た方法の提供にある。

上述した、背景における濃度の望ましくない変
化については、これがプレート・アウトと称され
るトナーのシエルに対する付着によるものである
ことを確認した。この現像の説明のため、像形成
部材の潜像の部分の電荷を例えば−600ボルトと
仮定する。この潜像の回りの背景部分は完全に放
電することが不可能であるためいくらかの電荷が
存在する。これを例えば−100ボルトと仮定する。
トナーはプラスに帯電され潜像の部分に付着する
が、前述の−100ボルトの部分にも付着する傾向
を有する。これを防止するため像形成部材に対向
するシエルには例えば−150ボルトのバイアスが
かけられトナーが−100ボルトの部分には付着し
ないようにされる。これは従来より長い間行われ
て来た周知の技術である。しかし、このようなバ
イアスをかける結果シエルにはトナーが付着して
しまい、その結果シエルのバイアスの度合が弱
り、トナーは像形成部材の−100ボルトの部分に
も付着する傾向を示し背景部分の濃度を上昇さ
せ、またシエルに付着したトナーが剥がれると元
のバイアス状態に戻り背景部分の濃度が下がると
いう現像が起きることを発見した。本発明ではこ
の現像を後に詳しく説明する速度でシエルを回転
することにより解消したのである。

また、現像されたものの画質に関する問題点に
ついては、現像剤の運動を像形成部材の速度と
略々等しくすることにより改善できることを経験
的に見いだし、かかる現像剤の速度を得るように
シエル及びその中のコアを回転することによつて
問題を解決した。

［実施態様の説明］第１図は、本発明の実施のための一実施例の電
子写真装置１０を示している。この実施例におい
ては、装置１０は作用経路の周囲で一次帯電ステ
ーシヨン（コロナ放電装置１１で示される）露光
ステーシヨン１２、現像ステーシヨン１３、転写
ステーシヨン１４および清掃ステーシヨン１５を
通つて運動可能な無端の電子写真像形成部材１８
を含む。作用においては、装置１１は像形成部材
１８の画像セクターに対して均一な静電荷を付与
し、前記部材は次にステーシヨン１２において光
像に露光され（静電潜像を形成する）、次にステ
ーシヨン１３においてトナーで現像される。この
トナー像は、後でステーシヨン１４における転写
用荷電器により複写紙（複写紙供給部１６により
供給される）に対して転写され、トナー像を保有
する複写紙は融着ローラ１７を介して送られて転
写されたトナー画像を固定する。前記像形成部材
の画像セクターは、次にステーシヨン１５におい
て清掃され、再使用の用意ができる。現像ステー
シヨンを除いて、第１図に示される種々のステー
シヨンおよび装置は周知のものであり、他の色々
な形態をとることができる。

本発明による現像システム、構造およびモード
の望ましい実施態様の記述へ進む前に、硬性の磁
気キヤリアを有する現像剤および回転する磁気コ
アを有する塗布装置からなる種類の現像システム
において生じることが発見されたいくつかの物理
的現像について簡単に説明することは有用であろ
う。この目的のため、第３図は、現像剤Ｄが前掲
の国際特許出願に開示された種類の電気的な絶縁
性を有するトナー粒子および硬性磁気キヤリア粒
子の乾燥状態の混合物からなり、塗布装置１がそ
の磁極部分（Ｎ，Ｓ）がコアの周部に交互に配置
された複数の磁石を含む回転磁気コア２を含む例
における現像システムの概要を示している。

磁気コア２は中心軸の周囲で反時計方向（矢印
Ｃの方向）に回転し（第３図参照）、正の電荷を
有し電気的な絶縁性を有するトナー粒子と負の電
荷を有した硬性磁気キヤリア粒子からなる現像剤
Ｄが運動する磁気コア２により提供される回転磁
界により塗布装置１の静止非磁気シエル３の周囲
に時計方向に送られる。シエル３は導電性を有
し、以下に説明する如く望ましくない背景現像を
阻止するよう選択された負の電位にバイアスが与
えられている。

坦体７上に支持されかつ接地された導電性を有
する層６に重ねられた光電導性の絶縁層５を含む
光電導性の像形成部材８が、塗布装置１により送
られる現像剤を有する現像界面を横切つて移動さ
せられる。光電導体８上には、正に帯電したトナ
ー粒子の吸着によつて現像されるべき像パターン
を形成する負の静電荷があり、また、現像しては
ならないある負の電荷も存在する。（第３図にお
いては、２つの負の電荷の符号が現像されるべき
静電像パターンを表わし、１つの負の電荷の符号
が現像されてはならない背景電荷を表わしてい
る）。従つて、この簡素化されたモデルにおいて
は、１つの負の電荷部分の現像を阻止するも２つ
の負の電荷部分の現像はこれを許容する程度で正
のトナー粒子を吸着するに充分な負の極性となる
ようシエル３の電気的なバイアスの大きさが選択
されることになる。

上記のことから、現像剤／光導電体の現像界面
（第３図の区域Ｌで示される）の内部では、(1)正
のトナー粒子を画像（２つの負符号）の電荷がそ
の上に存在する光電導体に対して押しやり、(2)正
のトナー粒子を同じ光電導体背景（１つの負符
号）の電荷が存在する場所から離れるように吸引
する如き、動的な電界が存在することが判ろう。
負のバイアスのかけられたシエルに対する正に帯
電したトナーの吸着作用は、背景の電荷が光電導
体上に存在しない時（例えば、負の電荷を持たな
い光電導体部分が通過する時）更に強くなる。

現像された画像におけるいくつかのやつかいな
欠点を考案した結果、これら欠点が「トナーのプ
レート・アウト（toner plate−out）」と名付け
た現象に関係があることを見いだした。このトナ
ーのプレート・アウトとは、上述のようにシエル
に対向する伝電導体の帯電状態が低いとシエルに
は電気的にバイアスがかけられているのでシエル
の上にトナーが付着してしまう現象を言う。（第
３図においては、このようなトナーのプレート・
アウトの現象は、電荷のない光電導体部分と反対
側のシエル３上の正に帯電したトナーにより表わ
される。）通常の現像操作過程においては、この
ようなシエルが吸着した、即ち「プレート・アウ
ト」されたトナーは、光電導体領域を後で通過す
る像電荷部分によつて最終的にシエルから引剥さ
れる。しかし、少なくとも１つ非常に気になる現
像された画像の欠点はこのようなトナーのプレー
ト・アウトから生じるおそれがある。以下におけ
る例示的な現像シーケンスは如何にしてこの欠点
が生じるかを示している。

最初に、帯電しないフレーム即ち光電導体の低
い電荷電位（白で露出された）領域の実質的部分
を含む現像シーケンスについて考察する。シエル
に対向する部分が低い電荷の状態にあると、上述
のようにトナーは電気的にバイアスを与えられて
いるシエルに吸着される。このようにシエルに付
着したトナーを第４Ａ図においてＺ（クロス・ハ
ツチで示した部分）で表してある。すなわち、こ
の部分でトナーのプレート・アウトの現象が生じ
ている。トナーは電気的に絶縁性を有する（正の
電荷を有する）ため、第３図の各部における顕著
なトナーのプレート・アウトの効果がこのような
シエル部分の有効なバイアス・レベルを低下させ
ると考えられる。

次に、大きなベタ領域の電荷パターンV_b（黒の
画像領域）および側方に隣接しかつ後続する背景
電荷V_w（白の画像領域）の部分（第４Ｂ図参照）
を有する静電潜像を保有する光電導体部分８の現
像区域を通る以降の運動について考案しよう。第
４Ａ図の条件における塗布装置による現像の後、
第４Ｂ図に示される電荷パターンを有する光電導
体部分が第４Ｃ図に示されたトナーの濃度レベル
を呈示した（濃度D₆は高い濃度、濃度D₂は比較
的低い濃度、および濃度D₁は零もしくは濃度レ
ベルD₂よりも顕著に低い濃度レベルである。）我々の研究によれば、第４Ｃ図の問題となる現
像された画像の欠点（顕著なトナー濃度の差
（D₁−D₂）が第４Ｂ図における高い電荷領域V_bが
シエル３のその反対側からプレート・アウトした
トナーを吸着するために生じるが、側方に隣接す
る低い電荷V_w部分はそうでないことが判つた。
すなわち、プレート・アウトしたトナーが光電導
体に吸着された部分ではシエルのバイアスは有効
な状態に戻り、これによつてV_bに後続する部分
はトナーが電導体に付着することが有効に防止さ
れ低い濃度D₁の部分が得られる。然し、シエル
の他の部分ではプレート・アウトの状態は依然と
して存在するのでこのように十分低い濃度は得ら
れず、したがつて導電体の幅方向に濃度の差
（D₁−D₂）が生じる。この差は、シエルの幅方向
に関してプレート・アウトの状態がほぼ同じ程度
になるまでは存在することになる。本発明は、こ
のような問題を生じるプレート・アウトの現象
を、最初から生じないようにしようとするもので
ある。

本発明の発明者は、このような分析に基づい
て、第４Ｃ図の画像の欠点に対する解決策は現像
に影響を及ぼすプレート・アウトを避ける速度で
現像区域Ｌに対してシエルを回転させることであ
ると考えられたのである。そして第４Ｃ図に示さ
れるような状況について考察し、シエルの回転運
動は、望ましくはトナーのプレート・アウトが現
像に対し顕著な影響を及ぼすようになる期間が経
過する前に現像区域（一般に、寸法Ｌ）における
有効領域を通るようにシエルの周部における一点
を運動させる如きものであるべきであると考えた
のである。我々は、現像された光電導体のプレー
ト・アウト現象の開始点（第４Ｃ図における点
P₁、即ちD₆の直後ではプレート・アウトは０で
ある）と、プレート・アウトの影響が光電導体に
おいて明らかに認められるようになる位置（第４
Ｃ図における位置P₂）との間の距離「ｄ」を最
初に測定することによつてこの期間を確認した。
次に、我々は、このプレート・アウト期間t_p（即
ち、シエル上のトナーのプレート・アウトが平衡
状態に達するに要する期間）が光電導部材がその
作動速度において距離ｄ（P₁およびP₂間の）を移
動するに要する時間となるとして計算した。即
ち、t_p＝ｄ÷Vel.mとなる。

例えば、光電導体の作動速度が38.1cm／秒
（15in／秒）であり、測定された距離ｄが約7.6cm
（３インチ）である時、プレート・アウト期間t_p
は0.2秒となる。長さＬが約0.64cm（0.25インチ）
のある典型的な場合には、シエルの速度は値約
3.18cm／秒（1.25インチ／秒）（t_p÷Ｌ）よりも少
なくとも約３倍の大きさであることが望ましく、
これよりも更に大きな値即ち約31.8cm／秒（12.5
インチ／秒）以上であることが更に望ましい。シ
エル回転運動のこのような過程の検討から、第４
Ｃ図において述べた如き画像の欠点を排除するこ
とを発見した。

この事実を一般化して表わすと、現像システム
における値「ｄ」が上記の如く測定された時、望
ましいシエルの最小直線速度Vel.sについてある
数式を得ることができる。即ち、 t_p＝ｄ／Vel.m 但し、t_pはプレート・アウトの平衡状態が生じる
期間Vel.mは光電導部材の直線速度、およびｄは
P₁からP₂までの測定された距離である（第４Ｃ
図参照）。

画像に影響を及ぼすプレート・アウト現象を有
効に低下させるためには、所要のシエル速度Vel.
sはt_pよりも短い期間t_sにおいて現像区域を通るよ
うに（距離Ｌ）その表面上の一点を運動させなけ
ればならない。即ち t_s＝Ｌ／Vel.s＜t_p＝ｄ／Vel.m；or Vel.s＞Vel.m・Ｌ／ｄ；又は３・Vel.m・Ｌ／ｄ更に望ましくは、 Vel.s＞＞Vel.m・Ｌ／ｄこの値は、例えば、下式と略々等しいかあるいは
これより大きいものである。即ち、 10・Vel.m・Ｌ／ｄ我々は、本発明による現像システムにおいて、値
「ｄ」（インチ単位）が、通常約1.0Vel.m・Ｌ（但
し、Vel.mはin／秒単位、Ｌはインチ単位）より
も大きな周（直線）速度Vel.sでシエルを回転さ
せることが有効となる如きものであることを発見
した。（即ち上記の1.0Vel.m・Ｌの式には１／ｄ
の要素を含めてある）「ｄ」および「Ｌ」がcmお
よびVel.mがcm／秒なるメートル法においては、
対応する望ましい最小シエル速度Vel.s（cm／秒単
位）は約0.4Vel.m・Ｌとなる。

シエルの速度Vel.s（in／秒単位）は、少なくと
も３×Vel.m・×Ｌ（但し、Ｌはインチ、Vel.m
はin／秒）であることが望ましく、即ちメートル
法においてはVel.s（cm／秒）は少なくとも約
1.2Vel.m・Ｌであることが最も望ましい。上記
の分析および我々の実験は、もしシエルが上記の
値と一致する速度でいずれの方向にでも回転させ
られるならば、第４Ａ図乃至第４Ｃ図に関して述
べた画像の欠点が回避できあるいは大幅に減殺す
ることができることを示し、本発明では、このよ
うな方法で現像システムのシエルを回転させる。

しかし、我々は、シエルがその周部が光電導体
の運動方向と並流方向に現像区域を通過するよう
な方向に回転することが非常に望ましいことを発
見した。この望ましいシエルの運動方向は、望ま
しい現像剤の流れの方向および望ましい磁気コア
の回転方向をいかに決定するかによつて影響を受
ける。

望ましい並流方向に対する１つの理由について
更によく理解するため、第３図の磁気ブラシ（回
転コア２および静止シエル３を備えた）と類似し
た磁気ブラシの概略を示す第５Ａ図および第５Ｂ
図を参照されたい。矢印により示されるように、
第５Ａ図におけるコア２は反時計方向に回転して
光電導体と並流方向に現像区域を流れるように現
像剤を時計方向に流れさせる。このコア２と現像
剤の方向は、第５Ｂ図の塗布装置においては反対
となり、現像区域における現像剤の向流となる
（光電導体の運動に対して）流れを生じる。我々
は、第５Ｂ図の向流となる現像剤の流れのモード
においては、現像剤が蓄積した区域「Ｘ」が第５
Ａ図の並流となる現像剤の流れのモードの同様な
現像剤の蓄積区域「Ｙ」よりも著しく大きくなる
こと、および第５Ｂ図のモードがいくつかの問題
を提起することを発見した。

第１に、第５Ｂ図のこの比較的大きな蓄積区域
Ｘが、磁気コア２の磁石の拘束磁界から離れるよ
うに現像剤の混合物中の磁気キヤリアを運動させ
る。この大きな距離は、光電導体によるキヤリア
が拾われる可能性を増大する。対照的に、第５Ａ
図の（並流方向の現像剤の流れの）モードの比較
的小さな区域Ｙは、キヤリアがコアの磁界から逃
出す可能性を低減させることを発見した。更に、
第５Ａ図のモードにおいては、光電導体により拾
われるおそれがある区域Ｙのどのキヤリアもプロ
セス上の現像区域を離れる前にコア２の磁界に戻
るように運動しなければならない。従つて、画像
領域のキヤリアのピツクアツプは、第５Ａ図のモ
ードにおいて現像剤の塗布装置によつて有効に収
拾されるが、このことは第５Ｂ図の作動モードに
関してはあてはまらない。キヤリアのピツクアツ
プを最小限度に抑えることに加えて、第５Ａ図の
並流方向の現像剤の流れのモードが現像された画
像の更に大きな信頼性および許容される滑らかさ
を提供することを発見した。更に、以下において
更に詳細に記述するように、非常に重要な利点
が、並流方向の現像剤の方向および現像剤の速度
対光電導体の速度の適正な選択によつて得られる
のである。

望ましい並流方向の現像剤の流れの方向に基づ
いて（上記ならびに以下の理由により）シエルの
回転運動が現像剤の流れの方向と同じ方向にある
こと、およびコアの回転運動が反対の方向にある
ことが望ましいことを発見した。更に、やや速い
速度において現像剤を現像区域に対して供給する
（完全な画像の現像を可能にするため）こと、お
よびシエルおよびコアの回転運動がその結果の現
像剤の移動速度に寄与する相対速度成分を減算す
る（もしシエルの回転方向が望ましい現像剤の流
れの方向と反対であつた場合におけるように）の
ではなく付加することが非常に望ましいことを発
見した。

以上の論議から、これまで下記の如き望ましい
システムのパラメーターを得たことが判る。即
ち、(1)現像剤に対する望ましい回転方向が光電導
体に対して並流方向であること、(2)望ましい磁気
コアの回転方向が光電導体に対して向流方向であ
ること、(3)望ましいシエルの回転方向が光電導体
に対して並流方向であること、(4)シエルに対して
望ましい最小回転速度が関係式：Vel.s＞3.0Vel.
m・Ｌと一致することである。現像剤システムの
他の重要なパラメータは下記を含むものである。
即ち、(a)シエルの最大有効回転速度、(b)磁気コア
に対する有効回転速度範囲、および(c)望ましいシ
エルおよびコアの回転速度。

上記のパラメータ(a)，(b)および(c)の確定におい
て、累積的な現像剤の移動速度（CDT速度）と
呼ぶところの有効かつ望ましい値、即ちシエルの
及ぼす現像剤の移動速度、プラス磁気コアの及ぼ
す現像剤の移動速度について最初に考察すること
が非常に望ましいことが判つた。このような
CDT速度の選択が現像区域を通る像形成部材の
直線速度に大きく依存するものであることを発見
した。このため、本発明の別の重要な特質によれ
ば、現像剤が像形成部材と並流方向に現像区域を
通過すること、および前記CDT速度（即ち現像
区域を通る現像剤の直線速度）が像形成部材の直
線速度と略々等しい（即ち、その約±15％）こと
が非常に望ましいことを発見した。CDT速度と
光電導体の速度のこのような整合関係が、多くの
画像において非常に有効な結果をもたらすもので
ある。しかし、本発明のこの特質によれば、更に
望ましいCDT速度は、光電導体の直線速度の約
±７％の範囲内で現像剤の直線速度を光電導体直
線速度と整合させる速度である。この望ましい速
度は、画像における細線および中間調のドツト・
パターンの良好な現像を得るために非常に望まし
い。現像剤の速度が比較的低くなると画像の前縁
部の現像品質が劣化し、速度が早くなると後縁部
の現像品質が低下することになる。最も望ましい
ことは、光電導体および現像剤の速度が前後の縁
部、細線部分および中間調のドツト・パターンの
良好な現像品質を提供するように実質的に等しく
なることである。この点につきCDT速度が光電
導体に対する零の相対速度に更に近似するに従
い、ベタ領域の縁部、細線および中間調ドツト・
パターンの現像の品質が連続して改善していくこ
とを、高速度写真を用いて確認した。シエルが望
ましい正味の現像剤の流れの方向（即ち、光電導
体の方向と並流方向）と反対方向に回転すること
が望ましい実施態様においては、コアの回転運動
がCDT速度を上記の事柄と一致させるよう充分
であることが非常に望ましい。

次に磁気コアに対する有効かつ望ましい回転速
度について考察すれば、約1000乃至3000rpmのガ
イドラインが上記のMiskinisおよびJadwinの米
国特許出願に記載されている。この教示内容はま
た、あるコアの回転速度における現像剤の移動速
度が回転する磁気コアにおける交番磁極数の増加
と共に増加することを述べている。本発明の別の
重要な特質によれば、磁気コアおよびその回転装
置を、上記の現像区域を経る光電導体の各々の部
分を活性状態の現像の作用点内（即ち第３図の距
離Ｌ）において少なくとも５つの極性に遷移にさ
らす如きものとすることが（上記の形式の現像材
により望ましい最小のコントラストを得る観点か
ら見て）非常に望ましいことが判つた。当業者に
は、光電導体のある公称速度Vel.mおよび現像区
域の長さＬが与えられれば、特定のコア構造およ
びコアの回転速度が下記の関係に従つてこのよう
な望ましい特徴と一徴するように選択することが
できることは理解されよう。即ち、 P_t・Ｌ／Vel.m＝Pd５但し、P_tは１秒当りの磁極転換数（コアの極数×
コアの１秒当りの回転数）、およびP_dは速度Vel.
mで運動する像形成部材の各部が長さＬの活性状
態の現像区域内に曝される磁極転換数である。こ
の磁極の転換速度は、吸着されるトナーを充分に
利用するよう現像区域におけるキヤリアの充分な
転倒状態を提供する。このため、磁気コアが周囲
に位置する複数の密な間隔の磁石からなること、
また磁石の数が光電導体の各部にコアの回転速度
を大きくし過ぎることなく現像作用域内における
この望ましい５より大きな回数の転換を受けさせ
るに充分であることが非常に望ましい。８乃至24
個の磁極を有するコアが非常に有効であることが
判つた。

この磁極の望ましい最小転換速度およびシエル
の直径に基づいて、磁気により生じる移動の最小
速度を直線速度において求めることができる（あ
るいは、現像剤のこのような移動速度は実験的
に、例えば、高速度写真により、シエルを静止さ
せてコアを最小の磁極転換速度で回転させて測定
しても求めることができる）。磁気が及ぼす現像
剤の望ましい移動速度もまた、望ましいCDT速
度に関して上に述べたシステムのパラメータに依
存する。

現像剤の最大累計移動速度CDT（Max.）およ
び磁気が及ぼす現像剤の最小移動速度MDT
（Min.）を上記の如く選択すれば、望ましいシエ
ルが及ぼす現像剤の最大移動速度SDT（Max.）
および従つてシエルの望ましい最大回転速度は下
記の関係により確定することができる。即ち、
SDT速度（Max.）＝CDT速度（Max.）−MDT速
度（Min.）同様に、望ましいシエルの及ぼす現像剤の移動
速度、従つて望ましいシエルの回転速度は下記の
関係により確定することができる。即ち SDT速度（pref.）＝CDT速度（pref.） −MDT速度（pref.）上記の如く、現在望ましいCDT速度は、現像
された光電導体の直線速度と略々同じ光電導体と
接触する現像剤における直線速度を生じるもので
ある。望ましいMDT速度とは、光電導体の像形
成部材の各部において活性状態の現像区域の通過
の間５回以上の磁極の転換を生じるものである
が、これは現像システムにおいて要求されるコン
トラスト特性に依存する。

本発明の上記の一般原理および手順を念頭にお
いて、次に１つの望ましい現像システムが示され
る第１図および第２図について再び考察する。こ
こで、現像剤Ｄの供給量がハウジング２０内部に
保持され、混合装置２１が現像剤サンプ内に配置
される。第３図に示す如く非磁性のシエル部分２
１（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、導電
被膜プラスチツクまたはオラス繊維、または炭素
充填プレキシガラス）は、ハウジング２０内に配
置され、ベアリング２２により中心軸上に回転す
るように取付けられる。駆動装置２３は第１図に
示される如くシエルを反時計方向に回転させるた
めのものであり、シエルは基準電源２５に対して
接続されている。シエル２１内部には、磁気コア
が２２，２７上で回転するように支持され、駆動
装置２４は第１図で見て時計方向にコアを回転さ
せるようになつている。このコアは、当技術にお
いて公知の種々の形態を取り得るが、図示された
実施例はその周囲で交互の極性となる位置関係に
配置された複数の永久磁石片２８を有する強磁性
体のコア２６からなつている（第１図参照）。塗
布装置の磁石片は、公知の色々な永久磁石材料の
１つ以上の材料から構成することができる。典型
的な磁性材料はγ酸化第二鉄、およびL.O.Jones
の1977年８月16日発行の米国特許第4042518号で
開示される如き「硬性」フエライトを含む。この
コアの磁界の強さは広い範囲で変化し得るが、ホ
ール効果プローブを用いてコア表面で測定して少
なくとも450ガウスの強さが望ましく、また約800
乃至1600ガウスの強さが最も望ましい。ある用途
においては、電磁石もまた有効である。コアとし
て望ましい磁性材料は鉄もしくは磁性鋼である。

一般に、コアの寸法は使用される磁石の寸法に
より決定され、磁石寸法は必要な磁界の強さに従
つて選択される。前述の如く、約5.1cm（２イン
チ）の直径に対する有効な磁極数は８乃至24の範
囲内、望ましくは12乃至20の範囲内であることが
判つたが、このパラメータはコアの寸法および回
転速度に依存することになる。更に重要なパラメ
ータは磁極の転換速度であり、これは上記の如く
になることが非常に望ましい。いくつかの特定の
事例として、約25.4乃至63.5cm／秒（10乃至25イ
ンチ／秒）の範囲内の光電導体速度で現像シする
場合に12の磁極を有する約5.1cm（２インチ）の
直径のローラが有効であることが判つた。約88.9
cm／秒（35インチ／秒）までの光電導体速度によ
る現像の場合に、20の磁極を有する約5.1cm（２
インチ）の直径のコアが有効であつた。同様に、
16個の磁石を有する約6.99cm（2.75インチ）の直
径を有するコアが約76.2cm／秒（30インチ／秒）
の光電導体速度において良好な現像を可能とする
ことが判つた。シエルと光電導体間の間隙は比較
的小さいこと、例えば約1.025乃至0.076cm（0.01
乃至0.03インチ）の範囲内であることが望まし
い。へら状薄片が、光電導体１８に対する現像区
域に対して送られる現像剤をトリムするため配置
され、光電導体とシエル間の間隙と略々同じシエ
ルからの間隙を有することが望ましい。当業者
は、前にその概要を述べた本発明の一般原理に従
つて機能することができる他の色々な現像ステー
シヨンの代替形態があることは明らかであろう。

本発明において特に有効な乾式現像組成の特徴
については、以下におよび1983年11月４日出願の
国際特許出願PCT／US83／01716号において更
に詳細に記載される。一般に、このような現像剤
は電荷を有するトナー粒子と、磁気的に飽和する
時予め定めた高レベルの最小保磁力を呈する磁気
材料を含む反対の電荷を有するキヤリア粒子とか
らなつている。更に、このような飽和状態の高レ
ベルの最小保磁力は（以下に述べるように測定さ
れる時）少なくとも100ガウスであり、キヤリア
粒子は結合剤のないキヤリア（即ち、結合剤また
は母材を含まないキヤリア粒子）、または複合キ
ヤリア（即ち、結合剤中に分散された複数の磁性
材料の粒子を含むキヤリア粒子）でよい。100ガ
ウスの最小飽和磁力レベルを有する磁性材料を含
む結合剤のないキヤリア及び複合キヤリアは、本
文においては「硬性」磁性キヤリア粒子と呼ばれ
る。

本発明により用いられる複合キヤリア粒子にお
いては、個々の磁性材料片は比較的均一な寸法で
ありかつ直径において全体的な複合キヤリアの粒
度よりも小さいことが望ましい。磁性材料の平均
径は、キヤリア粒子の平均径の約20％以上でない
ことが望ましい。キヤリアに対する磁気素子の平
均径の遥かに小さな比率が使用可能である。平均
径が５から0.05μ程度の磁性粉を用いて優れた結
果が得られる。再分割の程度が磁気特性において
望ましからざる変異を生じることがなく、かつ選
択された結合剤の量および特性がその結果得られ
るキヤリア粒子における他の望ましい機械的特性
と共に満足できる強度をもたらす場合は、更に微
細な粉体を使用することができる。磁性材料の濃
度は広い範囲で変更することができる。複合キヤ
リア粒子内における約20乃至90重量％に及ぶ微細
粒度の磁性材料比率を用いることができる。

微細粒度の磁性材料と共に使用される母材は、
必要とされる機械的および電気的特性をもたらす
ように選択される。この母材は、(1)磁性材料に対
して充分に接着すること、(2)強力な平滑面を有す
る粒子の形成を容易にすること、(3)トナー粒子と
キヤリア粒子の両者が混合される時これら粒子間
に適正な極性および静電荷の大きさを保証するた
め共に使用されるトナー粒子とは充分に異なる摩
擦電気的特性を有することが望ましい。

前記母材は、ガラス、金属、シリコン樹脂等か
らなる母材の如き有機または無機材料でよい。天
然または合成ポリマー樹脂または適当な機械的お
よび摩擦電気的特性を有する如き樹脂の混合物の
如き有機材料を使用するのが望ましい。適当なモ
ノマー（このような用途に対する樹脂の調製のた
め使用することができる）としては、例えば、ア
ルキルアクリレートおよびメタアクリレートの如
きビニル・モノマー、スチレンおよび置換スチレ
ン、ビニルピリジン等の塩基性モノマーを含む。
上記および酸性モノマー、例えばアクリル酸また
はメタアクリル酸の如き他のビニル・モノマーを
用いて調製されたコポリマーが使用できる。この
ようなコポリマーは、ジビニルベンゼン、グリコ
ールジメタアクリレート、トリアリルシトレート
等の多官能性モノマーを少量含むことができる点
が望ましい。

このような複合キヤリア粒子の調製とは、熱可
塑性樹脂材料を軟化させるため、または熱硬化性
材料の硬化のための熱の付加、液状の媒体を除去
するため蒸発乾燥、またはキヤリア粒子の形成の
ための成形、形造、押出し等、および裁断または
剪断時の圧力または熱と圧力との使用、キヤリア
材料を適当な粒度に小さくするため例えばボール
ミルにおける研磨、および粒子の分類のためのふ
るい作業を含むことができる。

１つの調製方法に従つて、粉末化された磁性材
料が結合剤の樹脂のドープまたは溶液中に分散さ
れる。次に溶剤は蒸発させることができ、その結
果得られる固体を研磨およびふるい分けにより分
級して適当な粒度のキヤリア粒子を得る。

別の手法によれば、乳濁または懸濁による重合
法を用いて優れた平滑度および有効な使用寿命の
均一なキヤリア粒子を得る。

磁性材料（結合剤なしのものまたは複合キヤリ
ア粒子内にあるもの等）に関して本文において用
いた用語、「保磁力」および「飽和保磁力」とは、
外部の磁界に静止状態に保持し材料が磁気的に飽
和状態にされた後（即ち、材料が恒久的に磁化さ
れた後）、材料の残留磁気（Br）を零に減少させ
るため必要な外部の磁界（以下に述べる如くガウ
ス単位で測定）の強さを意味する。特に、キヤリ
ア粒子の磁性材料の最大保磁力を測定するために
は、材料のサンプル（ポリマー母材で固定化され
た）を米国ニユージヤージ州プリンストン市の
Princeton Applied Research社から入手可能な
同社の155型振動型サンプル磁力計のサンプル・
ホルダー内に定置して、外部の磁界の磁気ヒステ
リシス・ループ（ガウス単位）対誘導磁気
（EMU／gm）をプロツトすることができる。

第６図は、磁気的に飽和した時の典型的な「硬
性」磁気キヤリアに対するヒステリシス・ループ
Ｌを示す。キヤリア材料が強さが逓増する付加磁
界Ｈ内において磁気的に飽和状態にされかつ不動
に置かれると材料中に最大即ち飽和磁気モーメン
トBsatが生じる。もし付加磁界Ｈが更に増加さ
れても、材料中に誘起されるモーメントはこれ以
上増加しない。付加磁気が零または逓減され、付
加された極性を反転させ、逆の極性が逓増される
時、キヤリア材料の誘導モーメントＢは最終的に
は零となり、従つて誘起極性が逆になる閾値とな
る。残留磁気Brの零に至る減少をもたらすに必
要な付加磁界Ｈの値（上記の磁力計装置における
如き空隙においてガウス単位で測定される）は材
料の最大保磁力Hcと呼ばれる。本発明において
有効な現像剤のキヤリアは、複合キヤリアまたは
結合剤を含まぬキヤリアの如何を問わず、磁気的
に飽和状態に置かれる時少なくとも500ガウス、
最も望ましくは少なくとも1000ガウスの最大保磁
力を呈することが望ましい。

コアの回転運動中塗布装置のシエル上にキヤリ
ア粒子を保持し、またこれにより画像に対するキ
ヤリアの移転を低減させるため塗布装置とキヤリ
ア粒子間に充分な吸引作用が存在することもまた
重要である。従つて、回転するコアの磁界Ｈによ
るキヤリアの磁性材料に誘起される磁気モーメン
トＢは、付加磁界が1000ガウス以上である場合
に、望ましくは少なくとも5EMU／gm、更に望
ましくは少なくとも10EMU／gm、最も望ましく
は少なくとも25EMU／gmである。

1000ガウスにおいて40乃至100EMU／gmの誘
導磁気を有するキヤリア粒子が特に有効であるこ
とが判つた。

第６図は、そのヒステリシス・ループが例示の
目的のため同じである２つの異なる材料における
誘導磁気モーメントＢを示している。これらの材
料は、磁界の透磁率カーブP₁およびP₂により表
わされる如く磁界に対して異なつた状態で応答す
る。図に示すような1000ガウスの付加磁界の場合
は、材料P₁は約5EMU／gmの磁気モーメントを
有するが、材料はP₂は約15EMU／gmの磁気モー
メントを有する。いずれか一方の材料の磁気モー
メントを増加するためには、当業者は少なくとも
２つの手法からの選択が可能である。即ち、1000
ガウス以上にコアの付加磁界を増加するか、ある
いは磁性材料をオフラインでコア磁界より高い磁
界に曝した後再びこの材料をコアの磁界に装入す
るかのいずれかである。このようなオフライン処
理においては材料は磁気的に飽和することが望ま
しいが、このような場合には第６図に示された材
料のいずれも約40EMU／gmの誘起磁気モーメン
トＢを呈する。

当業者には、本発明において有効な２つの成分
の現像剤におけるキヤリア粒子はその未使用の即
ち真新しい状態において磁化される必要はないこ
とは理解できよう。このように、現像剤は要らざ
る粒子間の磁気による吸引作用もなくオフライン
で取扱うことが可能である。このような事例にお
いては、必要な最大保磁力の要件はさておき、現
像剤が回転可能なコアもしくはある他のソースに
露呈される時、キヤリアが充分な誘起磁気モーメ
ントＢを得て塗布装置のシエルに付着することの
みが単純に重要である。一実施例においては、未
使用のキヤリアの磁性材料の透磁率は、現像剤が
塗布装置と接触する時、その結果生じた磁気モー
メントが上記の如きオフライン処理の必要もなく
キヤリアをシエルに保持するに充分であるように
充分に高い。

有効な「硬性」の磁性材料としてはフエライト
およびγ酸化第二鉄を含む。キヤリア粒子は、主
な金属成分として鉄を含む磁性を有する酸化物の
化合物であるフエライトからなつている。例え
ば、一般式MFeO₂またはMFe₂O₄（但し、Ｍは第
一価または二価の金属を表わし、鉄は＋３の酸化
状態にある）を有する塩基性金属の酸化物で形成
される酸化第二鉄Fe₂O₃の化合物がフエライトで
ある。

望ましいフエライトは、BaFe₁₂O₁₉，
SrFe₁₂O₁₉の如きバリウムおよび（または）スト
ロンチウムを含むものであり、また参考のため本
文に引用される1973年２月13日発行のB.T.Shirt
の米国特許第3716630号に開示される如き構造式
MO・6Fe₂O₃（但し、Ｍはバリウム、ストロンチ
ウムまたは鉛）を有する磁性を有するフエライト
である。

本発明において有効な「硬性」の磁気キヤリア
の大きさは広い範囲で変化し得るが、平均粒度は
100μより小さい。望ましい平均キヤリア粒度は、
約５乃至45μの範囲内にある。現像された画像に
よるキヤリアのピツクアツプを最小限度に抑える
観点から、このような小さなキヤリア粒子を磁気
的に飽和させることが望ましく、その結果例えば
1000ガウスのコア磁界においては、少なくとも
10EMU／gmの磁気モーメントが誘起され、少な
くとも25EMU／gmの磁気モーメントが誘起され
ることが望ましい。

本発明によれば、乾式の２成分からなる組成を
形成するため電気的に絶縁性を有するトナー粒子
と組合せてキヤリア粒子が使用される。使用にお
いては、トナーおよび現像剤は反対の静電荷を呈
し、かつトナーは現像される静電像と反対の極性
を持たねばならない。

トナーおよび「硬性」の磁気キヤリアの摩擦帯
電状態は、トナーおよびキヤリアの粒子が相互に
混合する時所要の極性および電荷の大きさを生じ
るように摩擦電気的に直列位置関係の配位を有す
る材料を選択することによつて得られる。もしキ
ヤリア粒子が使用されたトナーにより要求通りの
電荷を持たなければ、キヤリアはこのような電荷
を有するようになる材料を用いて被覆することが
できる。

本発明のキヤリア／トナーの現像剤の混合物は
色々なトナー濃度を持つことができ、また高い濃
度のトナーを使用することが望ましい。例えば、
現像剤には約70乃至99重量％のキヤリアを、また
現像剤の全重量に対し約30乃至１重量％のトナー
を含み得、またこの濃度は約75乃至92重量％のキ
ヤリアおよび約25乃至８重量％のトナーとなるこ
とが望ましい。

トナー成分は、任意に着色される粉末状の樹脂
でよい。このトナーは、通常は、着色剤、即ち染
料または顔料、および他の必要な添加剤と樹脂を
化合させることによつて調製される。もし低い不
透明度の現像画像が要求されるならば、着色剤の
添加は不要である。しかし、通常は着色剤は包含
され、また原則的には、「色彩の指標」第巻お
よび第巻、第２版に記載された材料のどれでも
よい。特に、カーボン・ブラツクが有効である。
着色剤の量は広い範囲にわたつて変化し得、例え
ばポリマーの３乃至20重量％であり得る。

混合物は、着色剤および他の添加剤を粒子中に
分散させるため加熱され撹拌される。できあがつ
たものは冷却され、塊体に粉砕され、微小粒子に
挽かれる。その結果得られるトナー粒子の粒度は
0.5乃至25μの範囲にわたり、平均粒度は１乃至
16μとなる。このため、本発明における現像剤を
平均粒度に比較的近いトナー粒子およびキヤリア
粒子により系統化することが特に有効である。例
えば、トナーに対するキヤリアの平均粒度比率が
約４：１から約１：１の範囲内にあることが望ま
しい。しかし、50：１にも達するキヤリア対トナ
ーの平均粒度比率もまた有効である。

トナー粒子は、例えば1978年２月28日発行の
Kasper等の米国特許第4076857号において開示さ
れた如き天然および合成の両方の樹脂および変成
された天然樹脂を含む広い範囲の材料から選択す
ることができる。特に、1976年２月17日発行の
Jadwin等の米国特許第3938992号および1976年３
月２日発行のSadamatsu等の同第3941898号に開
示された橋かけ結合ポリマーが有効である。アル
キルアクリレートまたはメタアクリレートの如き
アクリルモノマーによるスチレンまたは低級アク
リルスチレンの橋かけ結合または橋かけ結合され
ないコーポリマー類が特に有効である。また、ポ
リエステルの如き縮合ポリマーもまた有効であ
る。

トナーの形状は、研磨されたトナーの場合にお
けるように不規則な形状、もしくは球形状のもの
でよい。球形状の粒子は、トナー樹脂の溶液を溶
剤中に噴射乾燥することにより得られる。あるい
はまた、1979年９月５日発行のJ.Ugelstadのヨー
ロツパ特許第3905号において開示されたポリマー
ビードの膨潤法によつて調製が可能である。

トナーはまた、帯電制御剤および凝集防止剤の
如き成分を少量含むこともできる。特に、有効な
帯電制御剤は米国特許第3893935号および英国特
許第1501065号において開示されている。
「Research Disclosure」第21030号、第210巻，
1981年10月号（英国ハンプシヤ，ハヴアント，ホ
ームウエル，Industrial Opportunities Ltd.発
行）に開示される如き第四級アンモニウム塩の帯
電剤もまた有効である。

本発明によるある特定の現像システムの構造の
下記の事例が、上記の更に一般的な望ましいパラ
メータについて更に理解を深めるために有効であ
る。本事例においては、約30.0cm／秒（11.4イン
チ／秒）の公称作動速度を有する像形成部材を用
いる第１図に示した如き電子写真装置においてこ
の現像システムが内蔵されていた。本現像システ
ムは、別個の駆動部２３，２４を有する第３図に
示される独立的に回転自在なシエル部分２１とコ
ア部分２２からなる塗布装置を含むものであつ
た。このシエル部分はステンレス鋼から形成さ
れ、約5.1cm（２インチ）の直径および約0.10cm
（0.040インチ）の肉厚を有する。前記コア部分
は、第１図および第２図に示される如きその周部
に12個の磁石片を配置したアルミニウムから形成
された切欠きを入れた円筒部分２６からなる。外
側のコア面と外側のシエル面間の間隙は約0.13±
0.008cm（0.05±0.003インチ）であつた。磁石は、
米国特許第40442518号に開示された如き硬質フエ
ライト材料から形成され、シエル面において1000
ガウスの磁界を呈した。シエルから光電導体まで
の間隙は約0.64±0.03cm（0.025±0.01インチ）で
あつて、約1.0cm（0.4インチ）の現像区域を提供
するものであつた。薄片を現像区域の上手位置に
おいて（現像剤の流れ方向に対して）シエルから
約0.064cm（0.025インチ）離間した。現像剤は、
硬性の磁気キヤリアと電気的に絶縁性を有する前
述の如きトナーの混合物からなるものであつた。

約−350ボルトの露呈しない黒化帯電領域を有
する静電潜像、約−90ボルトの「白」で露光され
た帯電領域、ならびに中間の画像帯電領域が塗布
装置のシエルに対して付加された約−100ボルト
のバイアスにより現像された。

磁気コアは光電導体に対して反時計方向（第１
図における時計方向）に1500rpmで回転され、シ
エルは光電導体に対して並流方向（第１図におけ
る反時計方向）に約36rpmで回転された。これら
のコアおよびシエルの回転速度は、毎秒約300回
の磁極転換を生じ、かつ現像区域を通つて光電導
体と並流方向に約30.0cm／秒（11.4インチ／秒）
の現像剤の累積流量を生じた。その結果得た現像
剤の画像は、優れた最大濃度領域、良好なコント
ラスト階調、最小のキヤリア・ピツクアツプ量、
前後の縁部の欠点および第４Ａ図乃至第４Ｃ図に
示される種類の画像の欠点のないことを示すもの
であつた。

［産業上の利用の可能性］本発明の一つの重要な利点は、現像された画像
において欠点が実質的に減殺されることである。
本発明はまた、現像された画像の完全度および均
一度、即ち目に見える「平滑度」の観点からの利
点を提供するものである。別の重要な利点は、本
発明が現像された像形成部材におけるキヤリアの
ピツクアツプ量の低減を容易にすることである。
本発明の望ましい実施態様は、上記の利点の全て
からその共働効果による利点を享受する電子写真
方式の画像現像の方法、装置およびシステムを提
供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施のための１つの電子写真
装置の概略図、第２図は第１図の現像ステーシヨ
ンの一部の断面図、第３図は本発明と関連するあ
る物理的機構の説明に役立つ電子写真現像システ
ムの概略側面図、第４Ａ図、第４Ｂ図および第４
Ｃ図は第３図の説明に役立つ概略図、第５Ａ図お
よび第５Ｂ図は第３図と類似するが本発明と関連
する他の現像を示す図、および第６図は本発明に
より使用可能なキヤリアの磁気特性を示す図であ
る。

Claims

【特許請求の範囲】１静電像パターンを保有して現像区域を通るよ
うに運動する静電像形成部材を現像する方法であ
つて、現像剤が硬性の磁気キヤリアの粒子および
電気的な絶縁性を有するトナー粒子とからなり、
電気的にバイアスを掛けた非磁性シエルとこのシ
エル内の交互の磁極を有する磁気コアとを有する
磁気ブラシ式塗布装置を用いる方法において、前
記シエル上に付着したトナーが現像に与える効果
を避けるよう前記シエルを回転させ、またそれに
加え、前記現像剤が前記像形成部材の方向と並流
方向に前記現像区域を通るように、かつ前記像形
成部材の速度と略々等しい速度で移動される如く
なす速度で前記コアを回転させ、前記シエルの回
転速度を、前記像形成部材の運動と並流方向に、
その周面の速度Vel.s（cm／秒単位）が、Vel.s＞
1.2Vel.m・Ｌ（但し、Vel.mは前記像形成部材の
直線速度（cm／秒単位）、およびＬは前記現像区
域の像形成部材およびシエルの経路に沿つた大き
さ（cm単位）である）なる関係を満たすに充分な
大きさであるように選び、前記シエルとコアの双
方が現像剤の移動に共に寄与するように、前記コ
アがシエルと反対の方向に回転されるようになす
ことを特徴とする現像方法。２前記像形成部材の速度に対し±７％より大き
くない差を有した直線速度で該像形成部材と並流
方向に現像剤が前記現像区域を通るよう流れるよ
うに、前記シエルおよびコアを回転することを特
徴とする請求の範囲第１項記載の現像方法。３前記コアの回転速度が、像形成部材の各部分
を現像区域を通るその通過の間少なくとも５回の
磁極の転換にさらすに充分であることを特徴とす
る請求の範囲第１項及び第２項のいずれかに記載
の現像方法。