JPH0528378B2

JPH0528378B2 -

Info

Publication number: JPH0528378B2
Application number: JP59130945A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Momotake; Kazuo Terao; Tsutomu Kubo; Masatsugu Kajimoto; Hidekyo Tachibana; Junichi Hama; Tooru Teshigawara
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1984-06-27
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1993-04-26
Also published as: JPS6111757A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は静電潜像を可視化する現像方法に関す
るものであり、さらに詳しくは網点画像の階調性
及び線画像のシヤープさに秀れ、かつベタ黒部の
再現性に富んだ非磁性一成分現像剤を使用する現
像方法に関するものである。

従来の技術カールソンの米国特許第2297791号に開示され
ている電子写真の方法は「光導電性絶縁層を有し
た感光体を一様に帯電させ、像露光により静電潜
像を形成し、これを例えば、検電粉のような物質
で可視像化すなわち現像し、その後用紙に転写、
定着を行なう」という方法である。この静電潜像
の現像方法については、カスケード現像、磁気ブ
ラシ現像、液体現像がよく知られている。一方、
他の重要な現像方法に、米国特許第2895847号に
開示されたドナーと呼ばれるトナー担持部材を使
用した転写現像方法がある。この特許で述べられ
ている。転写現像方法は(1)トナー層と感光体が非
接触で、トナーがこの間隙を飛翔する場合、(2)ト
ナー層が感光体と回転接触する場合、(3)トナー層
が感光体と接触し、画像面をすべる場合、の総称
であり、「タツチダウン現像」としてもよく知ら
れている。

一方、転写現像方法の大きな問題は、背景部の
カブリにあり、これを改善するために、米国特許
第2289400号において非接触転写現像方法が提案
された。しかしながら、このような感光体とドナ
ーとの間隙をよぎつてトナーを飛翔させて現像す
るためには0.05mm以下、出来れば0.03mm以下に間
隙を制御する必要があり、感光体及びドナーの機
械的精度の点からはなはだしい困難があつた。こ
の問題を解決するために、米国特許第3866574号、
第3890929号及び第3893418号には、感光体とドナ
ーとの間に、交番電界を印加する方法が開示さ
れ、公知となつている。特に米国特許第3866574
号では現像間隙と交番電界との関係が述べられて
おり、現像間隙D_gは0.05mm≦D_g≦0.18mm、交番電
界の周波数は1.5KHz≦≦10KHz、交番電界の
振幅V_p-pは、V_p-p≦800ボルトの関係を満足する
D_g、、V_p-pがライン現像を最良にし、背景部
のカブリを最小にすると説明されている。一方ト
ナーの帯電量は一定の処方により製造・調合され
たとしても、粒度のバラツキ、トナー個々の物性
のバラツキにより、ある分布を持つがほぼ一定値
のまわりに狭く分布している。従つて、米国特許
第3866574号に述べられている非接触転写現像方
法では、トナーが現像間隙を飛翔する閾値（以下
飛翔閾値と呼ぶ）が存在し、この閾値を越える表
面電位の所にはトナー付着が生じ、この値以下の
表面電位の所にはトナー付着が生じないという二
値的な現像特性になり、所謂γ（ガンマ＝静電像
電位に対する画像濃度の特性曲線の勾配）の極め
て高い、階調性に乏しい画像になつてしまうとい
う欠点があつた。また、たとえ、トナーの電荷分
布が広くとも交番電界の振幅V_p-pが800ボルト以
下では一部のトナーしか飛翔せず、結果的に高い
γ値の画像しか得ることができなくなる。

一方、このトナーの飛翔に閾値があることによ
つて生じる二値的な現像特性、すなわちγの立つ
た階調性に乏しい現像特性を改善する現像方法が
特公昭58−32375号に開示されている。この公報
記載の発明は上述の非接触転写現像の問題点を克
服するために、現像間隙に低周波の交番電界を印
加し、トナー担持体から感光体へのトナーの転
位、感光体からトナー担持体への逆転位の工程を
交互に繰り返すことを特徴としている。又、ここ
で示されている転位、逆転位の効果は印加バイア
ス電圧の周波数が2KHz以上ではほとんど無く、
1KHz以下で極めて良好な効果になると記載され
ている。

この低周波交番電界を現像間隙に印加する現像
方法は、トナーの電荷分布が狭く、現像間隙の飛
翔に明確な閾値がある場合、表面電位に忠実にト
ナー付着を生じさせるという点においては有効で
あると考えられる。

しかしながら、非接触転写現像の場合、現像間
隙が0.1mm以上になると高い空間周波数の静電潜
像の場合、トナー担持体上で電気力線が分解され
ず、画像部、非画像部同一の電場となつてしま
う、換言すれば極めて細い線又は点で構成された
画像が“つぶれる”問題が発生した。以下この現
像を詳細に説明する。“つぶれ”の指標に以下に
示す式で定義されるＭ値を用いて説明を行なう。

Ｍ値＝１−10^-〓^D／１＋10^-〓^D ここでいうΔDは現像画像上の画像部と非画像
部との間の画像濃度差である。第１図にこのＭ値
と潜像の空間周波数との関係を示す。この結果よ
り、5l・ｐ（ライン・ペアー）／mm程度までは解
像されるが6l・ｐ／mm以上では画像部、非画像部
が全く区別出来ないことがわかる。更に、画像を
顕微鏡により観察した所、現像画像に“つぶれ”
が生じていることがＭ値低下の原因であることが
判明した。一方網点画像の現像特性は第２図に示
した如くで65線／インチ以上になると画像部につ
ぶれが生じ、画像入力範囲と現像された像の範囲
にずれが生じる。その結果、高い線数の網点印刷
物の現像像は全般に暗くなり、細部のコントラス
トがない不鮮明な画像になるという大きな問題点
がある。この問題点を克服するために、前述の特
公昭58−32375号に開示されている低周波交番電
界を印加する方法を試みた所、たしかに階調再現
性は改善され、比較的感光体表面電位に忠実に現
像されるようになつた。しかしながら、この効果
は65線／インチ以下の所であり、高い線数の所で
は全く効果がなかつた。

この低周波交番電界の効果がない理由は、高い
網点画像のつぶれが飛翔閾値による二値的な高い
γ特性によるものではなく、静電潜像によつて生
ずる電界が潜像に忠実ではなく、トナー担持体上
で画像部、非画像部の電界に差がないというこ
と、換言すれば電界としてコントラストがないこ
とに起因している。

更に、トナー担持体が適切な抵抗値と厚さを有
していない時、例えば通常の金属スリーブを用い
た場合、感光体近傍（10〜20μm）でも逆電界が
発生しない。このため画像部、非画像部の区別な
く飛翔したトナーは、現像間隙で運動エネルギー
を得て、電気力線にそつて忠実に飛翔せず、非画
像部にもトナー付着が生じる。

以上述べた二点、すなわち(1)トナー担持体上で
静電潜像によつて生ずる電界が画像部、非画像部
で差がないこと、及び(2)トナーが電気力線に沿つ
て飛翔しないことによつて、非接触転写現像方法
において、前述した高い網点線数画像の画像部の
つぶれや低解像力の問題点が発生した。すなわ
ち、換言すれば細密忠実再現性が乏しいという問
題点が発生した。

発明の目的よつて本発明の目的は、上述の各種非接触現像方
法の問題点を解決し、ベタ黒画像等の他の画像特
性を劣化させることなく、網点画像再現性に富
む、かつ線画像の細密忠実再現性に秀れた現像方
法を提供することである。

発明の構成本発明によると、静電潜像保持体と、トナー層
を担持した現像電極とを間隙を置いて対向させ、
前記現像電極上のトナーを前記間隙をよぎつて静
電潜像保持体に移動させて静電潜像を顕像化する
現像方法において、前記現像電極上に静電潜像保
持体に面して比抵抗が10⁶〜10¹²Ω・cmの半導電
性誘電体から成るトナー担持体層を形成し、前記
現像電極に高周波交番電界を印加することにより
静電潜像を現像するにあたり、前記静電潜像保持
体と前記トナー担持体層間の現像間隙を0.5mm以
下に規制すると共に、前記現像間隙をｔ（μm）以
下とする時、印加する高周波交番電界の振幅
V_p-pが、 400V≦V_p-p≦4500V、かつ、５≦V_p-p／ｔ≦50 の関係を満たすような高周波交番電界を印加する
ことを特徴とする非磁性一成分現像方法が提供さ
れる。

本発明の第１の特徴は、網点画像忠実再現性及
びライン画像忠実再現性を図るため、静電潜像部
に周辺電場を生じさせる点にある。現像電極と感
光体との距離が微小（0.1〜0.5mm）になると静電
潜像部に周辺電場が生じないか、あるいはほとん
ど生じなくなるので現像電極と感光体との距離は
ある程度とる必要がある。しかし単に現像電極を
感光体から遠ざけたのみでは、現像電極と感光体
間で放電が生じ、また移動するトナーの運動エネ
ルギーが大きいため電気力線にそつたトナーの移
動がおこらず像間部にトナーが付着するという不
具合が生じるため、現像電極と感光体との距離は
大きく、かつトナーと感光体との距離は微小とな
るように現像電極上に半導電性誘電体層を設ける
ことにより静電潜像部に周辺電場を生じさせるよ
うにした。この現像電極上の半導電性誘電体層
は、その比抵抗が10⁶〜10¹²Ω・cmが望ましい。
この理由は、誘電性が高いと周辺電場が生ぜず、
また絶縁性が高くなると画像中央部の電圧コント
ラストが小さくなり画像中央部の濃度が低下する
からである。感光体と半導電性誘電体層との間の
現像間隙は0.5mm以下に規制する必要があり、0.1
〜0.3mmがより望ましい。

本発明の第２の特徴は、現像電極に高周波交番
電界を印加する点である。この理由は、現像電極
を感光体から遠ざけると現像電極と感光体との間
隙をよぎつてのトナー移動が生じにくくなるの
で、移動を生じ易くするために高周波の交番電界
を印加してやる必要がある。この高周波交番電界
はその周波数が１〜10KHz、その振幅が400〜
4500ボルトが望ましい。さらに望ましくはその周
波数が１〜3KHzで、その振幅が800〜2500ボルト
である。

さらに、印加する高周波交番電界は現像間隙と
密接な関係があり、現像間隙をｔ（μm）とする
時、５≦V_p-p／ｔ≦50 の関係を満たすような高周波交番電界を印加する
のが望ましい。

本発明のその他の特徴としては、静電潜像保持
体速度をV_p、トナー担持体層速度をV_Dとすると
き、トナー担持体層上のトナー付着量Ｍを 0.5mg／cm²≦ＭV_D／V_p≦２mg／cm² の関係を満たすように規制してやることである。
トナー付着量をこのように規制することにより、
良好なる網点画像再現性を得ることができる。

実施の態様以下本発明を図面を参照してより詳細に説明す
ることにする。第３図を参照すると本発明の実施
の態様が述べられており、静電潜像保持体ドラム
１に対向して、誘電性基板２上に半導電性誘電体
層３を設けたトナー担持体ロール４を間隙を置い
て設けると共に、電源５により、トナー担持体ロ
ール４の誘電性基板２に高周波交番電界を印加す
る。半導電性誘電体層３上に供給された非磁性ト
ナーは、トナー層形成部材６によつて一様な厚さ
のトナー層になるように規制されると共に帯電さ
れて現像領域に搬送される。ここで電源５によ
り、トナー担持体ロール４に高周波交番電界を印
加することにより、トナーを飛翔させて感光体ド
ラム１上の静電潜像を現像する構成となつてい
る。７はトナー供給補助ロールである。第３図の
構成において、感光体ドラム上の静電潜像によつ
て形成される電界を、現像剤担持体層３の抵抗値
と厚さ、その誘電率、及び感光体ドラム１と現像
剤担持体層３との間隙で制御することにより静電
潜像部に周辺電場を形成させ、網点画像の再現性
及びライン画像を細密で忠実に再現することにつ
いて以下に各種制御因子の効果に関して説明する
ことにする。

第４図を参照すると、この図は175線／インチ
の網点画像再現性をあらわしたもので、横軸は原
稿濃度D_IN、縦軸はコピー濃度D_OUTである。この
特性は傾きが１の直線になることが望ましい。現
像剤層担持体３の厚さｌが１mmでその比誘電率ε
が20の場合について第４図を用いて説明する。担
持体３の比抵抗ρが10⁶Ω・cm以下の場合は、D_IN
の高い所で再現曲線が曲つており画像部がつぶ
れ、いわゆる“暗い”画像となる。ρが10⁷Ω・
cmになると再現曲線は比較的直線的になり、傾き
も１に近くなる。更にρが10⁸Ω・cm以上の場合
は、D_IN，D_OUTの関係が傾き１で直線となり、画
像はつぶれのないすぐれた細密忠実網点再現性を
示した。第４図ではトナー担持体３の厚さｌが１
mmの場合であるが、よく知られているように電気
的な厚さ、いわゆる誘電厚（ｌ／ε）で表現した方がより一般的であり、第４図のトナー担持体３
は、ｌ／ε＝５×10^-5ということになる。

一方、現像剤担持体の厚さｌが厚くなりすぎる
と潜像のフリンヂ電場が強められ、ベタ黒部の均
一性がそこなわれるという問題が発生した。これ
を第５図を参照して説明する。担持体層厚ｌが３
mm（または、ｌ／εが1.5×10^-4）以下の場合、担持体比抵抗ρが10⁶〜10¹²Ω・cmの範囲でベタの均
一性に関して許容範囲であつた（第５図でＣ点よ
り上方）。一方、担持体厚ｌが５mm（又はｌ／εが 2.5×10^-4）の場合、ρは10¹⁰Ω・cm以下が許容範
囲内のベタ均一性を示し、ｌが８mm（又はｌ／εが 4.0×10^-4）の場合は、ρは10⁸Ω・cm以下であつ
た。

以上種々実験した結果、網点画像再現性及びベ
タ黒部の均一性を共に満足するトナー担持体層の
比抵抗ρは10⁶〜10¹²Ω・cmであり、誘電厚ｌ／εは 4.0×10^-4より小である必要のあることが判明し
た。

本発明の非接触転写現像方法は、現像間隙の電
界を、単に、静電潜像によるものばかりでなく、
外部より現像電界を印加することが大きな特徴の
一つである。この特徴に関して第６図、第７図を
用いて詳細に説明する。第６図は感光体表面電位
と現像トナー量との関係を示したもので、現像間
隙150μ、トナー担持体比抵抗ρ＝10¹⁰Ω・cm、厚
さｌ＝１mm、比誘電率ε＝20、感光体の背景電位
250Vの場合の実施例である。現像間隙に印加し
た電圧はDC300VあるいはDC300V＋AC2000Vで
あり、交番電界の振幅を1KHzから3KHzに変化さ
せて実験した。線ｄにみられるように、背景電位
部（250V）にトナーが飛翔するのを抑制するDC
バイアス300Vを印加しただけではトナーは現像
間隙を飛翔することが出来ない。このDCバイア
スにAC2000Vの高圧電圧を重畳させて印加した
場合がａ〜ｃの直線で示されている。第６図に示
した様にACの交番電界をDCに重畳させて印加す
るとトナーは現像間隙を飛翔し、感光体電位に忠
実な現像特性が得られる。この現像特性のγ値は
印加するACバイアスの周波数に依存しており、
周波数が1KHz以上の範囲で良好な間隙飛翔がお
こる。ただし、ACバイアスの周波数が10KHz以
上の場合、トナーの移動が応答せずACバイアス
の周波数上限値は10KHzと考えられる。第７図は
トナーを担持体から引き離しかつ感光体へ飛翔さ
せるために必要なACバイアス電圧のピーク間電
圧V_p-pと担持体厚ｌ＋現像間隙ｄとの関係を示
した。第６図と同様にトナー担持体の比抵抗ρ＝
10¹⁰Ω・cm、比誘電率ε＝20、感光体の背景部電
位は250Vであり、印加する交流バイアスの周波
数は2KHzを採用した。例えば、担持体厚ｌが
20μm（又はｌ／ε＝１×10^-6）、現像間隙ｄが80μm の場合、飛翔開始ACバイアス電圧V_p-pは、図か
ら判るように400V以上必要である。又ｌ＋ｄが
１mmの場合には、V_p-pは1000V以上必要で、ｌ＋
ｄが３mmの時にはV_p-pは3000V以上必要であつ
た。このV_p-pは、担持体の比抵抗ρ、比誘電率
ε、ACバイアスの周波数でも変化するが、通
常の場合、400V≦V_p-p≦4500Vの範囲であれば
十分にトナーを飛翔させることが出来る。さら
に、望ましくは800V≦V_p-p≦2500Vである。

さらに印加する交番電界の振幅V_p-pは現像間
隙と密接な関係があり、現像間隙をｔ（μm）とす
ると、種々実験した結果５≦V_p-p／ｔ≦50の関
係を満足する場合に良好なる現像結果が得られ
た。V_p-p／ｔが５より小さい場合はトナーの飛
翔がほとんど起こらず、また50より大きい場合に
は、印加する高周波交番電界により放電が発生し
た。よつてV_p-p／ｔの値は上述した範囲が望ま
しい。さらに現像間隙は0.5mm以下に規制する必
要がある。これ以上の現像間隙では網点画像及び
線画像の忠実な再現が得られない。より望ましく
は、この間隙を0.1〜0.3mmにすると好ましい結果
が得られる。

次に良好なる現像結果を得る為には、トナー担
持体層３上のトナー付着量を、トナー層形成部材
６によつて規制してやる必要がある。今、トナー
担持体層上のトナー付着量をＭ、トナー担持体の
速度をV_D、静電潜像保持体の速度をV_pとした時
に、ＭV_D／V_P＜0.5mg／cm²では充分な画像濃度が得られない。また、ＭV_D／V_p＞２mg／cm²では線画像の太り及びつぶれが発生する為に、 0.5mg／cm²≦ＭV_D／V_p≦２mg／cm² の範囲にトナー付着量を規制してやる必要があ
る。トナー付着量をかく規制することにより、良
好なる網点画像再現性及び線画像再現性が得られ
た。

発明の効果本発明の現像方法によると、ベタ黒画像等の他
の画像特性を劣化させることなく、網点画像再現
性に富む又線画像の細密忠実再現性に秀れたコピ
ーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像の“つぶれ”の指標であるＭ値と
空間周波数との関係を示すグラフ、第２図は画像
入力領域と画像出力領域との対応関係を示すグラ
フ、第３図は本発明の現像方法における感光体と
トナー担持体との配置を示した概略図、第４図は
トナー担持体層の比抵抗を変化させた場合の網点
画像再現性のグラフ、第５図はトナー担持体層の
厚さｌを変化させた場合のトナー担持体層の比抵
抗とベタ黒均一性との関係を示すグラフ、第６図
は感光体表面電位と現像トナー量との関係を示す
グラフ、第７図はトナー担持体厚ｌ＋現像間隙
ｄ、すなわち現像電極から感光体表面までの距離
Ｄと飛翔開始ACバイアス電圧との関係を示すグ
ラフである。１は静電潜像保持ドラム、２は導電性基板、３
は半導電性誘電体から成るトナー担持体層、４は
トナー担持体ロール、５はバイアス電源、６はト
ナー層形成部材である。

Claims

【特許請求の範囲】１静電潜像保持体と、現像電極上にトナー担持
体層を被覆したトナー担持体ロールとを間隙を置
いて対向配置し、該トナー担持体ロール上のトナ
ーを前記間〓をよぎつて静電潜像保持体に移動さ
せて静電潜像を顕像化する現像方法において、前記トナー担持体層を比抵抗が10⁶〜10¹²Ω・
cmの半導電性誘電体から形成し、該トナー担持体層の厚さをｌ（ｍ）、比誘電率を
εとするとき、トナー担持体層の誘電厚ｌ／εを
4.0×10^-4以下に規制するとともに、前記静電潜像保持体と前記トナー担持体ロール
との現像間〓を0.1〜0.3mmの範囲内に設定し、前記現像間〓をｔ（μm）とするとき、前記現像
電極に振幅V_p-pが、 400V≦V_p-p≦4500V、且つ５≦V_p-p／ｔ≦50 で、周波数が1KHz〜3KHzの高周波交番電界を印
加することを特徴とする非磁性一成分現像方法。２前記振幅V_p-pが800V≦V_p-p≦2500Vの範囲
内であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の現像方法。３静電潜像保持体と、現像電極上にトナー担持
体層を被覆したトナー担持体ロールとを間〓を置
いて対向配置し、該トナー担持体ロール上のトナ
ーを前記間〓をよぎつて静電潜像保持体に移動さ
せて静電潜像を顕像化する現像方法において、前記トナー担持体層を比抵抗が10⁶〜10¹²Ω・
cmの半導電性誘電体から形成し、該トナー担持体層の厚さをｌ（ｍ）、比誘電率を
εとするとき、トナー担持体層の誘電厚ｌ／εを
4.0×10^-4以下に規制するとともに、前記静電潜像保持体と前記トナー担持体ロール
との現像間〓を0.1〜0.3mmの範囲内に設定し、前記現像間〓をｔ（μm）とするとき、前記現像
電極に振幅V_p-pが、 400V≦V_p-p≦4500V、且つ５≦V_p-p／ｔ≦50 で、周波数が1KHz〜3KHzの高周波交番電界を印
加し、前記静電潜像保持体速度をV_p、トナー担持体
層速度をV_Dとするとき、トナー担持体層上のト
ナー付着量Ｍを 0.5mg／cm²≦ＭV_D／V_p≦２mg／cm² の関係を満たすように規制することを特徴とする
非磁性一成分現像方法。