JPH0616204B2

JPH0616204B2 - 現像方法

Info

Publication number: JPH0616204B2
Application number: JP57195883A
Authority: JP
Inventors: 等米田; 昌文森
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-11-10
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS5986068A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は一成分非磁性トナーを用いた現像方法に関す
る。

［従来の技術］電子写真プロセスにおける現像法としては、磁気ブラシ
現像法が代表的なものとして知られているが、最近、磁
性トナーを用いた一成分現像法がさかんに用いられるよ
うになってきた。この現像方式は、二成分現像法である
磁気ブラシ現像法と比べて、現像剤の寿命劣化がなく、
メンテナンスフリーといった利点がある一方、トナー層
の均一薄層化及び搬送力を磁気力で行っているため、磁
気トナーを用いる必要があり、トナーへの着色は不可能
である。従って、今後ＰＰＣ、ファクシミリ、レーザプ
リンタといった分野でのカラー化の動向に対処すること
は難しい。

［発明が解決しようとする課題］本発明は、上記従来の現像法の欠点を克服したもので、
一成分非磁性トナーを用いた非接触現像により、カラー
化に対処可能でかつ高画質の現像が可能な現像方法を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、静電潜像保持部材に非接触状態で対向して配
置されたトナー担持体に担持された一成分非磁性トナー
を飛翔せしめ前記静電潜像保持部材に供給して静電潜像
を現像する際の前記静電潜像保持部材表面へ到達する一
成分非磁性トナーの速度を０．１ｍ／sec以下とするこ
とを特徴とする現像方法である。

本発明者らが一成分非磁性トナーによる現像について研
究を進めたところ、静電潜像保持部材に到達するときの
トナー速度が画質に大きな影響を与えることを見出し
た。通常の１．０ｍ／sec程度のトナー到達速度に比べ
極端に遅くした状態（以下ソフトランディングと呼
ぶ）、すなわち一成分非磁性トナーの静電潜像保持部材
への到達速度を略零の状態，すなわち０．１ｍ／sec以
下に制御することで高画質化が達成できることを見出し
たのである。

この様にトナー到達速度を制御することで静電潜像保持
部材上に形成されたトナー像は乱されることがないた
め、高画質化が達成できる。

［実施例］各種現像装置で現像条件を制御することによりこのソフ
トランディング状態を実現し得るが、以下にその一例を
示す。

以下に示す例は、静電潜像保持部材とトナー担持体との
間にグリットを介在せしめてトナークラウドを生成する
非接触現像の場合を示すが、非接触現像はこれに限られ
るものではない。

第１図は、本発明に係る現像方法と実現する一現像装置
を示す構成図である。感光ドラム［静電潜像保持部材］
(１)に対向して、現像ローラ［トナー担持体］(２)が配
置されている。さらに、感光ドラム(１)と現像ローラ
(２)との間にはワイヤ(４)が存在している。上記現像ロ
ーラ(２)のまわりには供給ローラ(５)とクリーニングロ
ーラ(３)とが配置され、それぞれ均一薄層のトナー供給
と、次回のためのトナー層のクリーニングを行ってい
る。

供給ローラ(５)は多孔質を有するスポンジローラであ
り、これがトナーポッパー(12)内で回転することによ
り、摩擦帯電により荷電されたトナーが適正量だけ多孔
質によって搬送される。トナーは非磁性トナーであるの
で、搬送力としては、この多孔質が有用な役目をしてい
る。さらに、規制ローラ(６)により所望のトナー薄層が
得られる。

この時、規制ローラ(６)とスポンジローラ(５)との接触
は適度な弾性をスポンジローラ(６)が有しているため、
トナー層の部分的な固化、すなわちブロック化といった
問題は生じず、きわめて良好な均一薄層が可能となっ
た。

このように十分な帯電量を持った均一薄層のトナー層が
現像ローラ(２)と接触し、現像ローラ(２)とスポンジロ
ーラ(５)との間の電界により、所望の厚みのトナー層の
みが現像ローラ(２)へ遷移し、現像に供される。

一方、残留したトナー層は、回収ローラ(７)により回収
が行われ、スポンジローラ表面は初期状態に戻る。現像
ローラ(２)に形成された均一薄層は、感光ドラム(１)と
対応する位置まで搬送され、ワイヤ(４)−現像ローラ
(２)間の電界の力を受けて感光ドラム(１)へ向かって、
飛翔を開始し、現像が行われる。

現像ローラ(２)及びワイヤ(４)にはそれぞれ交流電圧
(9)，(10)が印加されている。この結果潜像電位と独立
にトナークラウド状態をワイヤ(４)付近に形成する。次
に、このトナークラウドが潜像電位に引かれて、現像が
行われる。このように、ワイヤ(４)を現像ローラ(２)と
感光ドラム(１)間に配置することにより、非接触現像が
現像ローラ２と感光ドラム１とのギャップが比較的大き
くても（〜１mm）可能となる。

現像ローラの構成を図２に示す。鏡面仕上げを施したＡ
ｌローラ(21)上に絶縁皮膜(22)のクリーニングは、導電
ゴムローラから成るクリーニングローラ(３)により行
う。

クリーニングローラ(３)は接地されているので、絶縁皮
膜(22)上の電荷はアースへ消失する。このようにして、
絶縁皮膜(22)の表面は絶えず初期状態を保持することが
可能であり、繰り返し使用に堪えうる。

以上のように、非接触状態で現像されたトナー像は、通
常の電子写真プロセスにより記録紙へ転写され、一方、
感光ドラムは繰り返し使用のためにクリーニングステー
ションに入る。

このような現像装置では、感光ドラム(１)とトナーと
が、非接触状態であり、かつ感光ドラム(１)と現像ロー
ラ(２)との間にグリッドに相当するワイヤ(４)が配置さ
れているため、ギャップの許容範囲が広くなり装置設計
及び製作が非常に容易となった。また、現像済の画像を
乱さない現像法であるので、カラープロセスにおいて、
絶えず安定したカラー画質を保持できる。

現像ローラ(２)へのトナー供給をスポンジローラ(５)で
行うことにより、摩擦帯電により荷電されたトナーの適
正量が多孔質により搬送される。さらに、スポンジロー
ラ(５)の弾性力により、トナーのブロックは生じず、き
わめて、均一なトナー薄層が安定して得られる。

また、ワイヤに絶縁コートを施すことにより、ワイヤに
付着したトナーがワイヤから電荷注入を受けて、帯電量
及び帯電極性が変化することが防止でき、よりカブリの
ない安定した画質が得られる。

また、装置の特徴は次のようである。

トナーに電荷を与える帯電手段と、現像ローラへの塗
布手段とを別々に設けている。

非磁性トナーを用いている。

供給ローラは、現像ローラに接触しても設けても非接
触で設けても良い。但し、後者の場合には、供給ローラ
と現像ローラとの間に電界を印加することが必要であ
る。

供給ローラは、搬送という点からすると、多孔性であ
ることが要求される。

更に、供給ローラが弾性を有すると、振動に強く、現
像ローラとの接触面積が大きくなり、トナー塗布が安定
する。

この様な現像装置を用い、トナー到達速度と画質の関係
を調べた。条件は以下に示す通りである。

Ａｌローラ（３２φ）に２０μｍ厚のマイラをシュリン
クしたものを現像ローラ(２)とし、これと対向して、１
mmの距離にＳｅ感光ドラム（１３０φ）を配置し、現像
ローラ(２)とＳｅ感光ドラム(１)との間に、ワイヤ(４)
（１００μｍφ，数μｍ厚のテフロンコートを施す）を
１mm間隔で２０本張る。ワイヤ(４)と現像ローラ(２)と
の距離は４００μｍである。

この現像ローラ(２)へのトナー供給は、トナー供給部材
(５)をスポンジローラ（２０φ）として、Ｖ_３＝１８０
０sinｗｔ＋７５０（Ｖ）（ω＝２πｆ・ｆ＝１ＫＨ
ｚ）(11)の電圧を印加する。トナーホッパ(12)中のトナ
ーは、帯電手段であるファブラシ(８)により正極性に帯
電され、スポンジローラ(５)の孔により搬送され、ゴム
ローラ（１０φ）(６)により層厚を規制される。

厚みを規制されたトナー層は、現像ローラ(２)と接触す
る位置まで搬送され、現像ローラ(２)とスポンジローラ
(５)との電界で現像ローラ(２)にトナーが付着する。現
像ローラ(２)にはＶ_１＝１８００sinωｔ＋５５０
（Ｖ）(９)が印加されている。上記の電界で現像ローラ
(２)に付着しえなかったトナーは、回収ローラ(７)であ
るゴムローラ（１０φ）で機械的にはぎ取られ、トナー
ホッパー(12)内に戻される。

一方、現像ローラ(２)に付着したトナーは、現像領域に
入るとワイヤ(４)と現像ローラ(２)間の電界により、飛
翔を開始し、ワイヤ(４)近傍にトナークラウドを形成す
る。ワイヤ(４)にはＶ_２＝８００sinωｔ＋３５０
（Ｖ）(10)が印加されている。このトナークラウドは、
潜像電位が＋１５０Ｖである画像部に引かれて現像が行
われる。

非画像部の潜像電位は＋６００Ｖであった。一方、現像
ローラ(２)に残留したトナーは、接地されたクリーニン
グローラ(３)（１０φの導電ゴムローラ）により、かき
取られかつ、現像ローラ(２)表面上の電位を零として、
次回の工程に備える。

このように、本発明の現像装置では、感光ドラムとトナ
ーとが接触することなく現像され、かつ、トナーの均一
薄層がスポンジローラにより実現されたため、絶えず安
定した鮮明な画像が可能となる。

この実施例での現像装置は、第３図に示されるように、
現像ローラ(31)と、ワイヤー部(33)と、感光ドラム(35)
とから成る。

現像ローラ(31)は導電性材料、例えばアルミニウムから
成り、直径３２mm、周面を絶縁性物質、例えばテフロン
で被覆している。

この現像ローラ(31)には、第１の電源(37)から電圧Ｖ_１
が供給されている。この第１の電源(37)は、第１の交流
電源(39)（この出力をＶ₁₁とする）及び第１の直流電源
(41)（この出力をＶ₁₂とする）とから成る。

Ｖ_１はＶ_１＝Ｖ₁₁＋Ｖ₁₂ である。この実施例ではＶ₁₁＝１８００×sinωｔ
（Ｖ），Ｖ₁₂＝１５０（Ｖ）とした。

次に、ワイヤー部(33)は、直径１００μｍのタングステ
ンから成り、電気的に連続している。すなわち、第１図
では、ワイヤー部(33)の断面図が示されており、現像ロ
ーラ(31)の周面に対向して、タングステンのワイヤーが
１mmの間隔で２０本張られている。

このワイヤー部(33)には、第２の電源(33)から電圧Ｖ_２
が供給される。この第２の電源(33)は、第２の交流電源
（この出力をＶ₂₁とする。）(35)及び第２の直流電源
（この出力をＶ₂₂とする。）(37)からなる。

Ｖ_２は、Ｖ_２＝Ｖ₂₁＋Ｖ₂₂０と表わされる。この実施例ではＶ₂₁＝８００×sinωｔ
（Ｖ），Ｖ₂₂＝２５０（Ｖ）とした。

次に、感光体(35)は、公知のようにその周面に静電潜像
が保持されている。すなわち、電荷の分布パターンが形
成されている。この実施例では、画像部の電位を６００
Ｖ、非画像部の電位を１００Ｖと設定した。この感光体
(35)は、現像ローラ(31)と、略１mm距離を以って配置さ
れる。この距離は構成上及び画像形成上、好ましい値で
ある。

このような条件の下で、本発明者等は、まず、前述の電
圧Ｖ₁₁，Ｖ₂₁の角周波数ω（又は周期Ｔ）を変化させ、
画像濃度及びかぶりを測定した。

ここで画像濃度とは、光を照射し、その反射光を測定し
て求められる。但し、評価する際には、入射光強度を反
射光強度で除し、対数をとった数値で行う。この時の数
値は、１．０以上が好ましい。

又、かぶりとは、よく知られているように、非画像部で
あるにもかかわらず、トナーが付着してしまった領域で
ある。このかぶりの評価も、入射光強度を反射光強度で
除し、対数をとった数値で行う。この時の数値は０．４
程度であると、かなりひどいかぶりであり、黒い画像に
より近くなる。

このような２つの量で現像を評価すると、測定結果は、
第４図に示されるようになった。

この第４図からもわかるように、画像濃度が充分大き
く、かぶりが少ないという条件を満たす周期Ｔは、３０
０乃至６００（μsec）である。

次に、周期Ｔを３００Ｔ６００（μsec）と設定
し、画像の解像度パターンを測定した。すなわち、静電
潜像を３．２本／mm及び４本／mmの密度で５本の線を形
成し、前述の装置構成により、現像をし、記録紙上での
像をマイクロデンシメータにより測定した。

測定結果の概略を述べると、５本の線のうち、外側の２
本の濃度が低くなることに特徴がある。

そこで、現像の忠実度を評価するために、５本の線のう
ち中央部の３本の平均濃度Ｄ_１と端の２本の線の平均濃
度Ｄ_２との比、すなわち、Ｄ_２／Ｄ_１を現像の忠実度Ｄ
と定義する。このＤが１に近いほど忠実度が高い。

このような量を用いて実験結果を示したのが第５図であ
る。この図からわかるように、交流周期Ｔが６００μse
c以上のとき現像の忠実度が満足いく値となっている。

ここで、注意すべきは、電圧の交流周期Ｔが、トナーに
印加する交番電界の周期となっていることである。

次に、本発明者等は、実験結果を評価するために、トナ
ーの飛翔速度についてシュミレーションを行った。この
ときのトナーの運動方程式は、である。但し、トナーの粒径を２ｒ，質量ｍ，電荷ｑ、
空気の粘性係数をη、トナーに作用する電界（現像ロー
ラ(31)から感光体(35)方向の電界）をＥｘとする。

ここで、Ｅｘを解析的に求めることが非常に困難である
ので、数値解析により、トナーの飛翔運動を求める。

まず、電位分布を求める。そのために、現像ローラ(3
1)、感光体(35)及びワイヤー部(33)での境界値を満足す
る点電荷及び双極子の分布をネガ求める。

次に、これらによる電位と、現像ローラ及び感光体間の
平行電界に基づき電位を合わせて、任意の位置を求め
た。その結果を示すと、となる。ここで、Ｕ（ｘ，ｙ）は、座標（ｘ，ｙ）での
電位分布であり、Ｄｘ，Ｄｙは、ｘ，ｙ方向での空間の
きざみである。ここではそれぞれ１０μｍと設定した。
更に、計算の時間ステップは５μsecとした。

この結果を第６図、第７図に示す。第６図は、電圧の周
期、すなわち、交流電界の周期を横軸にとり、感光体(3
5)へのトナー到達時間Ｔａ及び感光体(35)への到達時の
トナー速度Ｖａを示したものである。

この結果からわかるように７００μsec程度の交流周期
であると、感光体(35)に到達する際の、トナーの速度は
略零である０．１ｍ／sec以下である。

次に、第７図には、交流電界周期を横軸にとり、縦軸に
はトナー速度Ｕｘの極小値が実現された場所（現像ロー
ラ(31)から、現像ローラ(31)と感光体(35)間の距離の８
０％程度の位置が好ましい。）と、その時の極小値とが
示されている。

この結果からわかるように６００乃至７００μsec程度
の交流周期であると、トナーは速度が極小値となった状
態で感光体近傍に接近する。しかも、前述の実験から、
６００乃至７００μsecの時の現像の忠実度も良好であ
った。

以上から、トナーは、交流電界中を加速減速を繰り返し
ながら感光体に到達するが、感光体上に速度略零で到達
することが非接触現像法にとって非常に重要であること
がわかる。トナー到達速度が１μ／sec程度と早いとト
ナーが飛散して画質が低下する。言い換えると、トナー
が感光体(35)上の電荷パターンを確実に感じることがで
きるように到達速度が十分遅ければ、現像は忠実に行わ
れ、画質が高いものとなる。

［発明の効果］以上説明したように、一成分非磁性トナーを用いた非接
触現像では、トナー到達速度を０．１／ｍsec以下と極
めて遅くすることで高画質化が達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、供給ローラの一実施例を示す構成図、第２図
は現像ローラの構成図、第３図は、トナーの飛翔に関す
る一実施例を説明するための構成図、第４図及び第５図
は、第３図に示される装置における実験結果を示し、第
３図は電界の周期に対する画像濃度（・黒丸で示す。）
及びかぶり濃度（白丸で示す。）を示す図、第５図は、
画像の忠実度を示す図、第６図及び第７図は、シュミレ
ーションの結果を示し、第６図は電界の周波数に対する
トナーの感光体への到達時間（白丸で示す）及び到達時
の速度（黒丸で示す。）を示す図、第７図はトナーの速
度の極小値を与える位置（白丸で示す）及びその極小値
（黒丸で示す。）を示す図である。 (１)……感光ドラム、(２)……現像ローラ、 (３)……クリーニングローラ、(４)……ワイヤ、 (５)……供給ローラ、(６)……規制ローラ、 (７)……回収ローラ、(８)……帯電手段、 (9)，(10)，(11)……電源、(12)……トナーホッパー、 (21)……金属ローラ、(22)……絶縁コート材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−198470（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−198471（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−116558（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−26759（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−116060（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像保持部材に非接触状態で対向して
配置されたトナー担持体に担持された一成分非磁性トナ
ーを飛翔せしめ前記静電潜像保持部材に供給して静電潜
像を現像する際の前記静電潜像保持部材表面へ到達する
一成分非磁性トナーの速度を０．１ｍ／sec以下とする
ことを特徴とする現像方法。
【請求項２】前記静電潜像保持部材と前記トナー担持体
との間に介在する複数本のワイヤ及び前記トナー担持体
に、交流及び直流を印加することにより現像を行うこと
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の現像方法。
【請求項３】前記ワイヤを絶縁コートしたことを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載の現像方法。
【請求項４】前記トナー担持体にトナーを供給するトナ
ー供給部材を具備することを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の現像方法。