JPH0635303A - グレイスケール単一成分非磁性現像システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光導電体上の静電潜像を現像するため、現像
ローラに印加されるＡＣおよびＤＣバイアス電圧と供給
ローラにより付与される単一成分非磁性現像剤とを用い
た電子写真用グレイスケール単一成分非磁性現像システ
ムを提供する。 【構成】 現像剤は、一極性に帯電されるトナー粒子46
と反対極性に帯電される透明なビーズ47との混合物45か
らなり、装置面との摩擦接触よりも、二つのローラ間の
交番電界中で摩擦電気的に一括帯電される。供給ローラ
14が帯電された混合物を現像ローラ13に付与して、潜像
21をＤＣバイアス値で決まるイメージ密度22に現像す
る。供給ローラのＤＣバイアス54は、現像ローラのＤＣ
バイアス50と関連して電位傾度を与え、一括帯電された
混合物を現像ローラへ駆動する。ドクターブレード15が
現像ローラ上のトナー44を選定された厚さにならす。現
像ローラは、無被覆の、あるいは、非導電性被覆の半導
体表面層27を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真装置における
静電写真（静電）潜像を現像するための装置および方法
を含むグレイスケール単一成分非磁性現像システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真装置における単一成分非磁性現
像システムの最近の利用について、以下の文献が例示し
ている。 〔１〕佐藤ほか、沖電気工業株式会社、「非磁性単一成
分トナーによる接触現像」、第６回ノンインパクトプリ
ント技術の進歩に関する国際会議、スプリングフィール
ド、ＶＡ、１９９０年、７６〜７７頁（要約書の事前印
刷）； 〔２〕篠崎ほか、リコー株式会社、「非磁性単一成分お
よび接触現像プロセスに用いられる現像ローラの電気的
特性の影響」、同書、１０頁（要約書の事前印刷）、お
よび５５〜６１頁（全文）； 〔３〕J.A.Thompson、ＩＢＭ Corp. 、「ＩＢＭレーザ
プリンタ製品に用いられている現像プロセス技術のレビ
ュー」、同書、１１〜１２頁（要約書の事前印刷）、お
よび７２〜８４頁（全文）； 〔４〕M.Lee ほか、ＩＢＭ Corp. 、「ジャンプ(Jump)
現像におけるトナーの電荷分布」、同書、７５頁（要約
書の事前印刷）、および１９６〜２０６頁（全文）； 〔５〕山本ほか、松下電器産業株式会社、「新しいカラ
ー電子写真：単一ドラムによるカラー重合プロセス」、
第５回ノンインパクトプリント技術の進歩に関する国際
会議ー議事録、イメージング科学技術学会、スプリング
フィールド、ＶＡ、１９９０年、１１５〜１２８頁；お
よび 〔６〕松下電器産業株式会社、パナソニックFP-C1 サー
ビスマニュアル、第IVセクション（日付なし）、４−１
７頁および４−０７頁。

【０００３】光電導体（ドラム）の感光面上の静電写真
（静電）潜像を現像するための単一成分非磁性現像剤
（トナー）を用いた典型的な電子写真装置において、ト
ナー供給ローラ（フォームローラあるいはブラシロー
ラ）が現像ローラ（スリーブ）にトナーを付与(apply)
し、ドクターブレードがそれを薄い層にならして、潜像
を現像するための感光面に変換する。摩擦電気的にトナ
ーを帯電して潜像を現像するために、供給ローラ、現像
ローラおよびドクターブレードを含む種々の面との摩擦
接触が必要とされる。

【０００４】この技術は、当初、レーザプリンタのよう
な黒色のみの装置に用いられた。しかし、単一成分かつ
非磁性の現像を利用している点に大きな関心があった。
上記文献〔１〕に開示されているように、一つの典型的
な現像システムは、非導電性の外側コーティングを有す
る電導性エラストマー現像ローラを用いている。フォー
ム形式のトナー供給ローラによって、トナーがこの現像
ローラ上に付与される。現像ローラに接触している調整
用（ドクター）ブレードが付与されたトナーによる形成
層をならす。光導電体と接触している現像ローラによ
り、イメージが現像される。

【０００５】上記文献〔４〕、〔５〕および〔６〕に開
示されているように、同様の現像システムが非接触現像
として用いられている。これらのシステムは、光導電体
から２〜３ｍｍ離れている導電性かつ非磁性の金属性現
像ローラを有している。上記文献〔２〕は、いわゆる粒
子電極現像ローラ（スリーブ）に関しており、それは、
絶縁層を含むカーボンあるいは他の粒子によりコーティ
ングされた導電性ゴム基材（非導電性のレジンマトリッ
クス中の電気的に絶縁された電極粒子あるいはキャリア
粒子、すなわち、浮遊電極）を有している。

【０００６】上記文献〔１〕に開示されているものと同
様なＩＢＭモデル４０１９レーザプリンタ（IBM 4019)
においては、トナーが、現像ローラの非導電性のコーテ
ィングに対する摩擦電気的帯電により、負に帯電され
る。それは、また、この装置に用いられている導電性フ
ォームのトナー供給ローラおよび金属性ドクターブレー
ドにおける負のＤＣバイアス電圧によっても帯電され
る。トナーは、現像ローラ上の摩擦電気チャージ、イメ
ージチャージ、表面チャージおよびトナー接着剤への引
き付け作用により、その潜像の現像が開始されるまで、
現像ローラに保持される（上記文献〔３〕）。

【０００７】特に、上記文献〔３〕は、ドラム型の光導
電体の放電される潜像区域においてのみ比磁性のサーモ
プラスチックス（絶縁性）のトナーの接触現像を用いた
ＩＢＭレーザプリンタ（おそらくIBM 4019）の動作につ
いてレビューしている。現像ユニットは、それぞれ弾性
半導体製現像ローラに摩擦接触している供給ローラおよ
びドクターブレードを有している。

【０００８】供給ローラは、４０孔／インチ（２．４５
ｃｍ）の連続気泡のウレタンフォーム基材であって、そ
れが１０⁴ オームｃｍあるいはそれ以下の低い体抵抗を
生じるように導電層で被覆され、その上にトナーが付着
されるようにされたものを有している。その供給ローラ
は、現像ローラに対してトナーを帯電させるために、印
刷速度の２．５倍で回転し、そして、現像ローラ上に逆
帯電を生成して、トナーをそこに付着させる。イメージ
の現像後の残留チャージの放電とともに、現像ローラへ
のトナー付着および摩擦帯電のために、その供給ローラ
にはＤＣバイアスが印加されており、それは現像ローラ
に印加されているＤＣ電圧より１００ＶＤＣほど負であ
る。

【０００９】ドクターブレードは炭化タングステン粒子
により処理された表面を持ち、現像ローラ上にトナーの
単一層を形成するために８００グラム（３４．５ｇ／ｃ
ｍ）の力の下に置かれて、そのトナー層に所望の極性の
チャージを付加する。ドクターブレードにはＤＣバイア
スが印加されており、それは現像ローラに印加されてい
るＤＣ電圧より３２５ＶＤＣほど負である。

【００１０】現像ローラは、１０⁹ オームｃｍの抵抗と
４５ショアＡ硬度の６ｍｍ厚のニトリルゴムの弾性層を
有しており、それが５０μｍ厚のポリウレタン（絶縁
性）外被により被覆されて、摩擦電気的にトナーと作用
する。その弾性半導体の現像ローラは、トナーとキャリ
アの二成分現像剤におけるキャリア粒子のように作用す
る。

【００１１】全ての単一成分非磁性現像システムは、二
成分現像システム、すなわち、トナーとキャリアの混合
粒子を用いるシステムにおいては通常であるように、ト
ナー濃度モニタの不要、光導電体の感光面（フィルム）
上のキャリア検出の不要およびキャリアのエージングあ
るいは補充への配慮が不要であるという利点を持ってい
る。単一成分非磁性現像技術は、色の適用と干渉するト
ナー中の磁性材料がないことから、低価格のカラープリ
ンタのために有効である。しかしながら、摩擦電気によ
るトナーの帯電のために、従来の単一成分非磁性現像シ
ステムは、ドクターブレードと現像ローラ表面との接触
に、また、トナー供給ローラとの接触にある程度、依存
していた。

【００１２】隣接する表面の接触による摩擦電気的帯電
は、逆に性能に悪影響を与えることとなる表面の汚染、
例えばトナースカム(scumming)、に敏感なプロセスであ
る。スカムは、トナーの摩擦電気的帯電中の摩擦接触に
より現像ローラおよびドクターブレードにトナー微粒子
が永久的に付着したものであり、イメージ品質上の欠陥
をもたらすこととなる。

【００１３】隣接する表面の接触による摩擦電気的なト
ナーの帯電は、また、適度な速度で回転する現像ローラ
上への薄い層のトナーか、あるいは、広い範囲にわたる
トナーチャージ対質量比（Q/M)分布、イメージのバック
グラウンド区域におけるトナー付着およびクリーニング
の課題を生じることとなる貧弱なチャージ制御かのいず
れかに、システムを制限することとなる。更に、IBM 40
19レーザプリンタの場合には、トナーを摩擦電気的に帯
電するために用いられている非導電性の現像ローラ自体
が、帯電され、そして、現像が生じた後に放電されなけ
ればならない。

【００１４】上記〔１〕に開示されているように、光導
電体に接する現像ローラによる現像については、ローラ
表面（周辺）の速度が光導電体表面の速度より速けれ
ば、バックグラウンドへのトナー付着は減少されること
となる。接触現像が用いられているIBM 4019レーザプリ
ンタにおいては、現像ローラ表面の速度は光導電体の速
度の１．５倍である。

【００１５】この現像プロセスが、カラープリンタに要
求されるように、グレイスケール、軽い密度のバックグ
ラウンドにおける高密度の固体区域、あるいは、グレイ
のイメージ中の黒色部を印刷するために用いられると、
他の問題が発生する。特別の問題としては、次のような
ものが含まれる。 （ａ）グレイのバックグラウンドにおける黒色の固体の
周りの白色ハロー。 （ｂ）固体区域の端部での現像ローラの分極(polarizat
ion)における変化に基づくイメージのフリンジフィール
ド(fringe field)によって生じる、白色のバックグラウ
ンドにおけるグレイの固体の暗い縁あるいは端部の現
像。 （ｃ）異なった速度、例えば、１．５対１の現像ローラ
対光導電体表面速度比の結果としての、グレイバックグ
ラウンド中の黒色イメージの二重印刷。これは、最初に
現像する現像ローラ上に高いチャージ対質量(Q/M) のト
ナーを生じ、そして、現像ローラが潜像の黒色区域から
未現像のグレイ領域に進んだ後、バックグラウンドのグ
レイ区域を現像する低いチャージ対質量の残余のトナー
を生じることとなる。 （ｄ）トナーの結合力に基因する協同的現像(cooperati
ve development) により生じる高コントラスト反射密度
(Dr)対現像ポテンシャル特性。一つのトナー粒子が現像
すれば、他のものも追従することとなる（上記文献
〔４〕）。

【００１６】現像ポテンシャル（デルタＶ）は、光導電
体潜像のＤＣ電圧と現像ローラに印加されている電圧と
の間の電圧差、すなわち、光導電体潜像電圧−現像ロー
ラ電圧である。これらの問題のため、従来技術は、単一
成分非磁性現像システムについて、効果的なグレイレベ
ル、あるいは連続的なカラー、のプリンタ、例えば、レ
ーザプリンタを提供することができなかった。

【００１７】レーザプリンタに用いられているような放
電区域現像(discharge area development 、DAD)におい
て、潜像区域のチャージはイメージのバックグラウンド
区域が帯電状態に維持されている間に放電され、そし
て、トナーはバックグラウンド区域と同じ極性に帯電さ
れ、そこから反発されて、放電された潜像に引き付けら
れる。逆に、電子写真複写機に用いられているような帯
電区域現像(charge areadevelopment、CAD)において
は、バックグラウンド区域におけるチャージは潜像が帯
電状態に維持されている間に放電され、そして、トナー
が潜像の極性と反対の極性に帯電され、優先的に潜像に
引き付けられる。

【００１８】静電潜像を現像するためのシステムの例
が、次の従来技術の中に示されている。米国特許第４，
４５０，２２０号（Hanedaほか) およびその分割に係る
米国特許第４，６７５，２６７号は、それぞれＡＣ、ま
た、必要によってはＤＣバイアスの下にある、一方の電
極である現像ローラと他方電極である固定板との間のＡ
Ｃ電界中における、非磁性または磁性トナー、すなわ
ち、二成分の現像剤の雲状帯電(cloud charging)に関し
ている。トナーは、電極に交番して衝突することによっ
て少なくとも部分的に帯電され、そして、非接触の現像
のために現像ローラ上に付着する。非磁性トナーはシリ
カ粉と混合され、その二成分現像剤のキャリアはガラス
ビーズのような絶縁材料である。

【００１９】米国特許第５，０３４，７７５号(Folkin
s) は、パウダークラウド現像(powder cloud developin
g) のためのＤＣバイアス下の磁性現像ローラに、二成
分磁性現像剤を付与することに関している。トナーは、
低いＡＣバイアス下でパウダークラウドを発生している
電極を有するギャップを経て光導電体への転送のため
に、より高いＤＣバイアスの下で現像ローラから離隔し
たドナーローラに引き付けられる。その電極のＡＣバイ
アスはドナーローラに交番する電界を供給してクラウド
を形成し、そのドナーローラのＤＣバイアスは光導電体
に静電電界を供給して、そこにトナーを引き付ける。

【００２０】次の従来技術は、供給ローラを有しない現
像ユニットに関している。米国特許第５，０４１，３５
１号（Kitamoriほか）は、ポリメチルメタクリレート(P
MMA)のような負極性に帯電可能なレジン微粒子と負極性
に帯電可能なシリカ粉との混合物を単一成分磁性トナー
粒子として用いることに関している。その混合物は、磁
性現像スリーブと光導電体との間に印加されたＡＣバイ
アスの下での非接触現像のためにそのスリーブに付与さ
れる。

【００２１】米国特許第４，６５３，４２６号（Kohyam
a ほか）は、現像ローラのＤＣバイアスおよび周期的に
変化する多周波数のＡＣバイアスの下での種々のサイズ
およびチャージレベルのトナー粒子の非接触現像のため
に、磁性トナーあるいは二成分現像剤を現像ローラに付
与することを開示している。米国特許第４，５２８，９
３６号（Shimazaki ほか）および米国特許第４，５８
６，４６０号（Kahyama ほか）は、必要に応じて現像ロ
ーラのＤＣあるいはＡＣバイアスの下で、非接触現像の
ために、非磁性トナーを、必要に応じて流動向上剤(flo
w improver) とともに、現像ローラに付与することを開
示している。

【００２２】米国特許第４，３９５，１１０号（Hosono
ほか）は、現像ローラと光導電体との間に印加されたＤ
ＣおよびＡＣバイアスの下での非接触現像のために、非
磁性あるいは磁性トナーを、選択的にシリカ粒子と混合
して、現像ローラに付与することを開示している。米国
特許第５，０４３，２３９号（Kokimotoほか）は、負極
性に帯電可能な磁性トナー粒子と処理済シリカ粉との混
合物を単一成分磁性現像剤として用いることに関してい
る。その混合物は、磁石を含んだ現像スリーブに付与さ
れ、そのスリーブと光導電体との間に印加されたＡＣお
よびＤＣバイアスの下での反転現像のために用いられ
る。

【００２３】米国特許第４，１００，８８４号（Mochiz
uki ほか）は、非磁性あるいは磁性トナーを現像ローラ
に付与し、そして、摩擦接触による帯電あるいはスコロ
トロン(Scorotron) 帯電器の使用ごとに、それをドクタ
ーブレードによって層状に形成することを開示してい
る。非接触現像は、スイッチを経て印加されるバイアス
電圧の下で、有効にされる。そのローラは、トナーを正
極性に帯電するための一つのタイプのコーティングおよ
びトナーを負極性に帯電するための他のタイプのコーテ
ィングを持っている。

【００２４】次の従来技術は、供給ローラを有する現像
ユニットに関している。欧州特許出願第２４１，１６０
Ａ２号(Shinya ほか) は、現像ローラのＤＣおよび／
またはＡＣバイアスの下での非接触現像のために、非磁
性トナーを現像ローラに識別できない部材、おそらく供
給ローラ、により付与することを開示している。そのト
ナーは、表面がシラン(silane)剤により処理された、正
極性に帯電可能なレジンである。

【００２５】米国特許第４，９０３，６３４号（Ono ほ
か）およびそれに対応する欧州特許第２０５，１７８
Ｂ１号は、現像ローラのＤＣバイアスの下での非接触現
像のために、その現像ローラに非磁性あるいは磁性トナ
ーを、トナー供給源が負荷されている供給ローラによっ
て、付与することを開示している。その供給ローラは、
ＤＣ、あるいは、ＤＣおよびＡＣバイアスの下にあり、
そして、トナーを帯電するために、現像ローラ、過多ト
ナーの除去プレートおよびユニット壁に接触している。

【００２６】米国特許第５，０１２，２８５号（Oku ほ
か）は、供給ローラによって単一成分あるいは二成分磁
性現像剤を磁石を含んだ現像スリーブに付与し、振動す
るドクターブレードによりそれを層状に形成することを
開示している。スリーブのＤＣバイアスの下で、そのス
リーブから離隔しており、かつ、ＤＣおよびＡＣバイア
スの下にある供給ローラによって、非接触現像が達成さ
れる。

【００２７】米国特許第４，２８６，５４３号（Ohnuma
ほか）は、非磁性あるいは磁性トナーまたは二成分現像
剤を現像ローラに付与し、ドクターブレードによってそ
れを層状に形成することを開示している。現像ローラ
は、トナーと反対の極性のＤＣバイアスの下にあり、か
つ、ドクターブレードはトナーと同じ極性の別のＤＣバ
イアスの下にある。オプションとして、トナーあるいは
現像剤が供給ローラに付与され、ドクターブレードによ
って層に形成され、その後、現像ローラに転送される。
現像ローラは、必要により絶縁外被によって被覆され
た、導電層を有し、また、磁性トナーあるいは現像剤を
用いる場合は、磁性ブラシ現像のための磁石を有してい
る。現像ローラのＤＣバイアスの下で、接触現像が達成
される。

【００２８】英国特許出願第２，１９７，２２７ Ａ号
(Hirano ほか) は、供給ローラによって、シリカあるい
は他の「金属」酸化物に関連する非磁性あるいは磁性ト
ナーを現像ローラに付与することを開示している。それ
は、接触現像のために、シリカが充填されたシリコンゴ
ムのドクターブレードによって層状に形成される。トナ
ーの金属酸化物は、ドクターブレードに吸収されて、ト
ナーがそこに溶解するのを防止する。

【００２９】米国特許第４，７６０，４２２号（Seimiy
a ほか）は、必要により流動向上用無機物粉体を含ん
だ、非磁性トナーを粒子電極現像スリーブに付与するこ
とを開示している。接触現像のためには、そのスリーブ
はＤＣバイアス下にあり、また、非接触現像のために
は、それはパルス電圧、あるいはＡＣ、あるいは、ＡＣ
およびＤＣバイアスの下に置かれ、そのＡＣはそのスリ
ーブと光導電体との間のギャップ間隔より小さい振幅を
持っている。

【００３０】米国特許第４，６９６，２５５号（Yanoほ
か）およびそれと類似している英国特許第２，１６３，
３７１ Ｂ号(Demizu ほか) は、供給ローラによって、
非磁性トナーを粒子電極現像スリーブに付与することを
開示している。それは、ドクターブレードによって層状
に形成され、スリーブ電圧バイアスの下で現像を達成す
る。そのスリーブは、供給ローラおよびドクターブレー
ドに関してトナーを帯電させるために、トナーから摩擦
電気的に直列に離隔しているレジンにおける粒子電極を
含んだ絶縁層を有している。

【００３１】米国特許第４，４４５，７７１号（Sakamo
toほか）およびその分割に係る米国特許第４，５７５，
２１８号および米国特許第４，５７６，４６３号は、磁
性供給スリーブによって、磁性トナーを粒子電極現像ス
リーブに付与し、磁性ブラシ帯電の下でドクターブレー
ドによってそれを層状に形成することを開示している。
接触あるいは非接触現像が、イメージのバックグラウン
ド区域におけるトナー付着を防止するために、現像スリ
ーブ電圧バイアスの下で、あるいは、同じ目的のため
に、バックグラウンド区域と同じ極性への現像スリーブ
の摩擦帯電の下で、達成される。非磁性トナーについて
は、供給スリーブは除かれる。

【００３２】米国特許第４，７１０，０１５号（Takeda
ほか）は、現像ローラ電圧バイアスの下での接触現像の
ために、供給ローラによって非磁性あるいは磁性トナー
を粒子電極現像ローラに付与することを開示している。
その現像ローラの粒子電極層は、絶縁外被により被覆さ
れている。米国特許第４，４５９，００９号（Haysほ
か）は、供給ローラと現像ローラとがともにトナーと反
対の極性を持ち、供給ローラはそのような反対の極性の
摩擦電気的に作用するコーティングを持っているもので
あって、それらの間における非磁性の絶縁性トナーの重
力による流動を開示している。トナーの層は、現像ロー
ラ上に形成されており、それら二つのローラを離隔させ
ている。トナーと同じ極性の例えば＋１００ＶＤＣの供
給ローラバイアス、および、逆極性の例えば−２５０Ｖ
ＤＣの現像ローラバイアスの下で、逆極性の例えば−５
００ＶＤＣの潜像チャージ、および、逆極性の例えば−
１００ＶＤＣのバックグラウンド区域放電レベルにおい
て、接触現像が生じる。

【００３３】米国特許第４，７６４，８４１号（Brewin
gtonほか）は、米国特許第４，４５９，００９号に関連
するものであり、そのような反対極性の摩擦電気的に作
用するコーティングを持った現像ローラに直接向かう、
非磁性トナーの交番する重力による流動を扱っている。
接触現像が現像ローラのＤＣバイアスの下で生じ、ま
た、そこでは、必要により供給ローラが、上記米国特許
第４，４５９，００９号と同様に、それに印加された他
のＤＣバイアスの下で用いられる。

【００３４】米国特許第４，７４３，９３７号（Martin
ほか）は、供給ブラシによって非磁性トナーを現像ロー
ラに付与し、両者はトナーとは逆極性の摩擦電気的に作
用する表面材料を持っていることを開示している。トナ
ー層は、必要によりそのような摩擦電気的に作用する材
料で作られた、ドクターブレードによって現像ローラ上
に形成される。そのような逆極性の潜像の接触現像が、
現像ローラのＤＣバイアスの下で、また、選択的にブラ
シのＤＣバイアスの下で、達成される。

【００３５】米国特許第４，７７４，５４１号（Martin
ほか）は、米国特許第４，７４３，９３７号のものと同
様なユニットを開示しているが、ブラシの代わりに摩擦
電気的に作用する材料のケージローラが用いられてい
る。

【００３６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、電子
写真装置、例えば、レーザプリンタのために、次のよう
な特性のグレイスケール単一成分非磁性現像システムが
求められていることが明らかである。すなわち、半導体
層を持ち、非導電性の外被により被覆されるかあるいは
被覆されていない現像ローラを用いて、黒および／また
はカラー印刷における潜像のグレイレベルあるいは連続
色調の接触あるいは非接触現像を達成できるものであ
る。

【００３７】

【課題を解決するための手段および作用】本発明によれ
ば、電子写真装置のためのグレイスケール単一成分非磁
性現像システムであって、黒および／またはカラー印刷
における潜像のグレイレベルあるいは連続色調の接触あ
るいは非接触現像に対して効果的であり、半導体層を持
ち、非導電性外被により被覆されるかあるいは被覆され
ていない現像ローラを用いるものが提供される。本グレ
イスケール単一成分非磁性現像システムは、ＡＣおよび
ＤＣバイアスの組み合わせおよび特別の単一成分非磁性
現像剤（トナー）を用いている。

【００３８】トナーは、一つの極性に帯電可能なトナー
粒子と反対極性に帯電可能な透明な帯電用ビーズとの混
合物からなる。その混合物（単一成分非磁性トナー）
は、隣接する表面での混合物の摩擦接触から実質的に独
立して、現像手段と付与手段(applying means)との間で
のバイアス電圧のＡＣ成分によって発生される交番電界
の中で、一括して(in bulk) 帯電される。その帯電され
た混合物は、バイアス電圧のＤＣ成分により発生される
電界の中で光導電体上の電子写真的（静電的）潜像を選
択的なイメージ密度に現像するために、付与手段によっ
て現像手段に付与される。

【００３９】システムは、例えば負極性に帯電可能なト
ナー粒子と、例えば正極性に帯電可能な小さい透明ビー
ズとを含んでいる混合物（現像剤、トナー）とともに用
いるための、現像手段、付与手段および現像手段にＡＣ
およびＤＣバイアスを印加するための電圧手段を有して
いる。典型例としては、現像手段は、電気的にバイアス
可能な現像ローラ（スリーブ）であって、基体と導電的
に接触している半導体層からなる弾性的なキャリア表
面、例えば、エラストマー材料によって被覆された導電
性基体を持つようなものである。その層は、基体からキ
ャリア表面の外周へバイアス電圧を伝達するために、選
定された抵抗を有する。その層は、非導電性の外被によ
り被覆されるか、あるいは、露出した無被覆の層であ
る。

【００４０】典型的には、付与手段は、弾性的表面を持
つ導電性のトナー供給ローラ、例えば、フォームローラ
あるいは毛皮のブラシローラである。供給ローラによる
現像ローラ上への付着の間に、トナー粒子および帯電用
ビーズは、本例のように、物理的な振動により、小さい
負極性および正極性のチャージを取得する。トナー粒子
は、バイアス電圧のＡＣ成分により発生される交番電界
の中で、トナー粒子と逆に帯電されるビーズとの相対的
な運動によって、全体的に摩擦電気的に帯電される。潜
像が、バイアス電圧のＤＣ成分による電界中で、その帯
電された混合物によって現像される。バイアス電圧のＤ
Ｃ成分の大きさは、現像されたイメージの密度を決定す
る。

【００４１】典型的には、ＤＣバイアスは、一括して帯
電されている混合物を現像ローラ上に駆動するために、
供給ローラにも印加されて、現像ローラに印加されたバ
イアス電圧のＤＣ成分と関連して電位傾度を供給する。
帯電されたトナー粒子は、供給ローラと現像ローラとの
間のＤＣ電位差によって、現像ローラへ駆動される。本
例においては、供給ローラのＤＣバイアスは、現像ロー
ラのＤＣ成分よりも負である。

【００４２】このシステムは、トナーが隣接する表面の
接触によるよりも、摩擦電気的に一括して帯電される点
において、従来技術と異なっている。したがって、本発
明は、摩擦電気による帯電におけるより大きな均一性
と、表面の汚染、例えば、スカムに対するシステムのよ
り小さい敏感性とを利点として提供するものである。他
の利点は、本発明は半導体表面が非導電性の外被を持つ
という従来技術における通常の要求を解除することがで
きるので、無被覆の半導体、例えば、エラストマーの表
面を持った現像ローラを使用可能であることである。接
触現像における現像ローラのキャリア表面として半導体
の（弾性的な）エラストマーを使用することができるの
で、光導電体（ドラム）表面を得ることが保証される。
それは、また、イメージのフリンジフィールド(fringe
field)およびハロー効果を減少することとなる。

【００４３】本発明によるグレイスケール単一成分非磁
性現像システムは、光導電体の感光面上の静電潜像を現
像するための装置および同様の動作をする方法の双方を
意図している。本装置は、混合物を搬送するための電気
的にバイアス可能な現像手段と、その現像手段に隣接
し、それに混合物を付与するための導電性の付与手段
と、および、その現像手段にバイアス電圧を印加するた
めに配置された電圧手段とを備えている。制限手段、例
えば、導電性のドクターブレードが、現像手段に付与さ
れる混合物の単位区域当りの質量（厚さ）を選択的に制
御するために用いられる。

【００４４】潜像を現像するためにその装置内で混合物
を一括して摩擦電気的に帯電するための同様な方法は、
その混合物の貯蔵(supply)を供給することと、付与手段
によってそれを現像手段に付与することと、および、現
像手段にバイアス電圧を印加することとを含んでいる。
ＡＣ成分が、装置の表面との混合物の摩擦接触とは独立
して、付与手段と現像手段との間でのまとまった混合物
の摩擦電気的帯電のために、交番する電界を発生するよ
うに選択され、そして、ＤＣ成分が、潜像を選択された
イメージ密度に現像するための電界を発生するように選
択される。

【００４５】第１の特色からみれば、本発明は、静電潜
像を現像するための装置に関している。本装置は、バイ
アス可能な現像手段と、導電性の付与手段と、および、
電圧手段とを備えている。バイアス可能な現像手段は、
一方の極性に摩擦電気的に帯電可能なトナー粒子と、反
対の極性に摩擦電気的に帯電可能で、一般的に透明な、
対抗する(counterpart) 帯電用のビーズとの混合物から
なる単一成分非磁性現像剤を搬送して、潜像を現像す
る。導電性の付与手段は、現像手段に隣接しており、そ
れにその混合物を付与する。電圧手段は、装置のいかな
る表面との混合物の摩擦接触とは実質的に独立して、付
与手段と現像手段との間での一括した混合物の摩擦電気
的帯電のために、交番する電界を発生するように選択さ
れたＡＣ成分と、現像手段に付与されたその一括して帯
電された混合物により、潜像を選択されたイメージ密度
に現像するための電界を発生するように選択されたＤＣ
成分とを含んだバイアス電圧を、現像手段に印加するた
めに配置される。

【００４６】他の特色からみれば、本発明は、光導電体
の感光面上の静電潜像を現像するための現像剤を搬送す
るために、現像手段に隣接する導電性の付与手段を有す
る装置において、単一成分非磁性現像剤を一括して摩擦
電気的に帯電するための方法に関している。本方法は、
一方の極性に摩擦電気的に帯電可能なトナー粒子と、反
対の極性に摩擦電気的に帯電可能で、一般的に透明な、
対抗する帯電用のビーズとの混合物からなる単一成分非
磁性現像剤を供給を行うための第１のステップを含んで
いる。本方法の第２のステップは、付与手段によって、
その貯蔵から現像手段上にその混合物を付与することで
ある。本方法の第３のステップは、装置のいかなる表面
との混合物の摩擦接触とは実質的に独立して、付与手段
と現像手段との間でのまとまった混合物の摩擦電気的帯
電のために、交番する電界を発生するように選択された
ＡＣ成分と、現像手段に付与されるその一括して帯電さ
れた混合物により、潜像を選択されたイメージ密度に現
像するための電界を発生するように選択されたＤＣ成分
とを含んだバイアス電圧を、同時に現像手段に印加する
ことである。

【００４７】本発明は、添付した図面および特許請求の
範囲の記載とともに参照される以下の詳細な説明から、
より容易に理解されることとなろう。

【００４８】

【実施例】図１を参照すれば、そこには、電子写真設備
１０が例示されている。電子写真設備１０は、通常の光
導電体（ドラム）１１および現像装置１２を備えてい
る。設備１０は、複写機に用いられているような帯電区
域現像(CAD) 、あるいは、レーザプリンタに用いられて
いるような放電区域現像(DAD) に対して、動作すること
ができる。

【００４９】装置１２は、現像ローラ（スリーブ）１３
として図示されている通常の電気的にバイアス可能な現
像手段と、供給ローラ１４として図示されている通常の
導電性を有する付与手段(applying means)と、導電性の
ドクターブレード１５として図示されている通常の単位
区域当り質量（厚さ）制限手段と、および、特定の単一
成分非磁性現像剤（トナー）１７を収納するハウジング
１６とを有している。

【００５０】光導電体１１は導電性のシャフト１８を介
して回転可能に装着され、そして、光導電性の基体１９
および現像されないバックグラウンド区域２３との関連
でトナー現像区域２２を形成するための静電潜像２１を
与える感光面２０を有している。光導電体１１は、矢印
２４により指示されている一定の、例えば、時計方向に
（図示されていない手段により）回転される。

【００５１】現像ローラ１３は導電性のシャフト２５に
より回転可能に装着され、そして、導電性基体２６およ
び典型的には弾性的な半導体層２７を有し、必要により
外側の非導電性のコーティング２８によって被覆され
て、キャリア表面２９を形成している。現像ローラ１３
は、矢印３０により指示されているように、光導電体１
１の方向とは反対の方向、例えば、反時計方向に（図示
されていない手段により）回転され、それらの隣接する
周辺が同時に走行するようにされる。

【００５２】供給ローラ１４は、導電性のシャフト３１
により回転可能に装着され、典型的には、例えば導電性
のフォーム材料の弾性的な表面３２を持っている。供給
ローラ１４は、矢印３３により指示されているように、
現像ローラ１３の方向と同じか、あるいは、反対の方
向、例えば、同じ反時計方向に（図示されていない手段
により）回転される。

【００５３】ハウジング１６は、現像ローラ１３が現像
ゾーン３６において光導電体１１と隣接することとなる
開口部３５を持った構造面（壁）３４を有している。現
像ローラ１３は、接触現像のために、現像ゾーン３６に
おいて光導電体１１に軽く圧接するように図示されてい
る。現像ローラ１３は弾性層２７を有しているので、そ
れは光導電体１１と整合するように係合する。しかしな
がら、現像ローラ１３は、非接触現像のためには、現像
ゾーン３６において小ギャップを形成するように光導電
体１１から離隔されることとなる。

【００５４】ハウジング１６は、トナー１７を内部３９
に供給するための入口３８を持ったホッパー部３７を有
している。供給ローラ１４は、内部３９において、現像
ゾーン３６から離れた帯電ゾーン４０で現像ローラと隣
接するように配置されている。供給ローラ１４は、帯電
ゾーン４０において、現像ローラ１３に軽く圧接して、
その接触をこするように図示されている。供給ローラ１
４が弾性表面３２を持ち、現像ローラ１３が弾性層２７
を持っているので、供給ローラ１４は現像ローラ１３と
整合するように係合する。しかしながら、トナー１７を
その内部３９への供給から現像ローラ１３に非接触で付
与する(apply) ためには、帯電ゾーン１４において小ギ
ャップを形成するように現像ローラ１３から離隔される
こととなる。

【００５５】ハウジング１６は、また、調整手段４２を
持った支持部４１を有しており、制御ゾーン４３におい
て現像ローラ１３の周辺に隣接してドクターブレード１
５が調整可能に装着されている。制御ゾーン４３は現像
ゾーン３６と帯電ゾーン４０との中間に位置している。
ドクターブレード１５は、キャリア表面２９上に、選定
された厚さの滑らかなトナー層を形成するように作用す
る。

【００５６】本発明の重要な特徴によれば、トナー１７
はトナー粒子（図１中丸印により図示）と、一般に透明
な対抗する帯電用ビーズ４７（図１中ドットにより図
示）との特定の混合物として形成される。本発明の他の
重要な特徴によれば、現像用回路４８が現像ローラシャ
フト２５を現像用バイアス電圧源４９を経て接地へ結合
して、現像ローラ１３にＤＣ成分５０およびＡＣ成分５
１を供給する。ドクターブレード用回路５２がドクター
ブレード１５を接地に結合し、例えば、必要に応じて、
現像用回路４８への接続を経て接地に結合して、ドクタ
ーブレード１５に現像ローラ１３と同じＤＣ成分および
ＡＣ成分のバイアス電圧を供給する。供給ローラ用回路
５３は供給ローラシャフト３１を接地に結合し、そし
て、必要に応じて、供給ローラ用電圧源５４を設けて供
給ローラ１４にバイアス電圧を供給する。光導電体用回
路５５は光導電体シャフト１８を接地に結合し、そし
て、必要に応じて、光導電体１１にＤＣバイアスを供給
するための光導電体用電圧源５６を設ける。制御手段、
例えば、中央処理ユニットがそれらの各種電圧源および
回路に結合されて、それらの動作を制御する。

【００５７】光導電体１１、現像ローラ１３、供給ロー
ラ１４およびドクターブレード１５は既知の部材であ
る。しかし、本発明によれば、それらは、トナー粒子４
６を摩擦電気的に帯電させるために、混合物４５と装置
１２の隣接表面との摩擦接触、すなわちハウジング表面
３４あるいはドクターブレード１５との接触、には依存
しないような配置において、混合物とともに使用され
る。その代わり、現像用電圧源４９によって供給される
バイアス電圧の印加の下での交番電界中において、その
ような帯電が一括して(in bulk) 実現される。

【００５８】現像ローラ１３は、望ましくは、弾性的な
半導体エラストマー層２７を有しており、それは、現像
用電圧源４９により現像ローラシャフト２５を経て基体
２６へ印加されるバイアス電圧が基体２６からキャリア
表面２９の外周辺に伝送されるように、選定された抵抗
を持っている。例えば、層２７は、１０乃至５０ショア
Ａの硬度と１０⁷ ｘ乃至５ｘ１０¹⁰オームｃｍの抵抗を
持っている。そのような抵抗は、現像用電圧源４９から
キャリア表面２９の外周辺にバイアス電圧を制御された
態様で伝送するために有効なものである。

【００５９】被覆された現像ローラの実施例によれば、
層２７が、例えば２〜３ｍｍ厚の外側非導電性コーティ
ング２８により被覆される。（被覆された現像ローラ）
被覆なし現像ローラの実施例によれば、外側コーティン
グ２８が省略されて、層２７が直に露出された未被覆層
として設けられる。（被覆なし現像ローラ）現像ローラ
１３はトナー１７を搬送するための現像部材の一形態す
なわちスリーブとして示されているが、それは柔軟な無
端ベルトあるいは同様のもののような他の適当な形状の
ものとすることもできる。現像ローラ１３は、二成分、
あるいは単一成分、で磁性タイプの現像システムに要求
される補助磁石を必要としない。

【００６０】基体２６および層２７、そして、選択的な
外側コーティング２８は、１９９１年４月３０日発行の
米国特許第５，０１１，７３９号(Nielsenほか) におけ
る教示に従って、設けることができる。特に、基体２６
は、コアとして、アルミニウム、銅あるいは同様のもの
により形成され、そして、層２７は、その上の、例え
ば、０．１２５〜０．６２５インチ（０．３１７５〜
１．５８７）厚のコーティングとして、導電性調整剤を
含んでいる一般に水分に不感性の架橋されたエラストマ
ーポリウレタンにより形成されることができる。導電性
調整剤は、ポリウレタンの抵抗を変化あるいは制御して
所望のレベルの抵抗を与えることができる或る量ほど存
在し、そして、それに原子結合的に結合してその流動を
防ぎかつ耐湿性を与えるものである。

【００６１】また、現像ローラ１３は、例えば６ｍｍ厚
の、例えばブタジエン−アクリロニトリル重合体のニト
リルゴム層で、例えば５０μｍ厚のポリウレタンの外側
コーティングにより被覆されたものを持つことができ
る。現像ローラ１３の表面（周辺）速度は、光導電体１
１のものと等しい、あるいは、それより速いかあるいは
遅いものとすることができる。

【００６２】供給ローラ１４は、典型的には、図示され
ているような弾性フォームのローラ、あるいは毛皮ブラ
シ、のような弾性表面を持った導電性ローラであるか、
あるいは、柔軟な無端ベルトあるいは同様のものであっ
てもよい。供給ローラ１４の表面速度は、現像ローラ１
３のものに等しい、あるいは、それより速いかあるいは
遅いものとすることができる。

【００６３】バイアス電圧が、供給ローラ用電圧源５４
により印加されるＤＣ電圧のように、供給ローラ１４に
印加されるようにすることができる。このＤＣバイアス
電圧は、黒一色印刷の場合のように、現像用電圧源４９
により現像ローラ１３に印加されるバイアス電圧のＤＣ
成分と同じとすることができる。しかしながら、本発明
の更に他の重要な特徴によれば、連続的な色調のカラー
印刷の場合のように、この供給ローラ用ＤＣバイアス電
圧は現像ローラ１３に印加されるバイアス電圧のＤＣ成
分と異なり、混合物４５を現像ローラ１３上に駆動する
ために、それと関連して電位傾度を与えることとなる。
例えば、供給ローラ用ＤＣバイアスは、電圧源４９によ
って現像ローラ１３に印加されるバイアス電圧のＤＣ成
分と比べ、より負とされる。

【００６４】この供給ローラ用バイアス電圧は、現像ロ
ーラ１３のキャリア表面２９上への帯電されたトナー粒
子４６および帯電用ビーズ４７の付着を改善するため
に、有効である。しかしながら、混合物４５の二成分を
一括して摩擦電気的に帯電することは、現像ローラ１３
に印加される現像用バイアス電圧のＡＣ成分によって、
実現される。この後者のバイアス電圧は、以下に説明す
るように、混合物４５がキャリア表面２９に付与される
前に、その一括帯電(bulk charging) を促進する交番電
界を供給する。

【００６５】ドクターブレード１５は、典型的には、例
えば金属の導電性材料により形成され、制御ゾーン４３
において、一括帯電されたトナー層４４を均一な層にな
らすことによりそのトナー層４４の厚さを選定されたも
のに制限（制御）するためのトナー制限面を提供する。
バイアス電圧が、必要により、ドクターブレード用回路
５２を経てドクターブレード１５に印加される。ドクタ
ーブレード用回路５２を現像用回路４８に接続すること
により、ドクターブレード用バイアス電圧が、現像用電
圧源４９により供給される現像用バイアス電圧のものと
同じＤＣおよびＡＣ成分からなるものとすることができ
る。

【００６６】光導電体１１は、通常、接地への光導電体
用回路５５を持つ導電性部材である。そこで、光導電体
用回路５５中の光導電体用電圧源５６によって、バイア
ス電圧が印加される。制御手段５７によって、現像ロー
ラ１３に印加される現像用電圧源４９のバイアス電圧、
ドクターブレード用回路５２および現像用回路４８を経
てドクターブレード１５に印加されるオプショナルなバ
イアス電圧、および、供給ローラ用電圧源５４により供
給ローラ１４に印加されるオプショナルなバイアス電圧
に関連して、光導電体用バイアス電圧が動作する。

【００６７】本発明によれば、特徴として、トナー１７
が、一つの極性に摩擦電気的に帯電可能な非磁性のトナ
ー粒子４６と、トナー粒子４６のものと反対の極性に摩
擦電気的に帯電可能な、一般に透明で非磁性の対抗する
帯電用のビーズ４７とからなる単一成分非磁性混合物４
５の供給されたものとして、構成されている。帯電用ビ
ーズ４７が、特徴として、トナー粒子４５が完全に摩擦
電気的に帯電されるようにするために、混合物４５中に
含まれている。こうして、帯電用ビーズ４７は、トナー
粒子４６の摩擦電気的に帯電することができることとな
る。

【００６８】単一成分非磁性現像剤（トナー）１７中の
帯電用ビーズ４７は、トナー粒子と磁性キャリア粒子と
からなる二成分現像剤のキャリア粒子に同等なものでは
ない。帯電用ビーズ４７は、二成分現像剤におけるよう
に磁性キャリア粒子あるいは現像ユニット中の磁気的手
段を用いずに、混合物４５中のトナー粒子４６を完全に
摩擦電気的に帯電することを実現する。二成分現像ユニ
ットにおいては、磁性キャリア粒子によるトナー粒子の
摩擦電気的な帯電のために、磁気的手段が、例えば、現
像ローラ中に必要とされる。

【００６９】また、二成分現像剤のキャリアは、消費さ
れる、すなわち、現像中にトナーとともに潜像に対して
変換されるものではない。そこで、トナーの消費に伴っ
て、トナー粒子対キャリア粒子の比率は変化することと
なる。この比率は、消費されたトナーを補充するため
に、連続的に監視されなければならない。実際、現像さ
れたイメージのイメージ密度の均一性を乱すことから、
キャリア粒子は、トナー粒子とともに現像されているイ
メージに転送されるべきではない。ハーフトーンのイメ
ージあるいは連続的な色調のカラーイメージが現像され
る場合、現像されたイメージおよび／あるいはバックグ
ラウンド区域のキャリア粒子による汚染は障害となりう
る。キャリア粒子は、一般に不透明であり、所望のイメ
ージを部分的に隠して、イメージ品質、色調およびシェ
ージングを損なうこととなる。バックグラウンド区域に
付着すると、キャリア粒子は霧状のものを生じることと
なる。

【００７０】他方、帯電用ビーズ４７は、トナー粒子４
６とともに、少なくとも部分的に消費される。それらは
透明であるので、帯電用ビーズ４７は現像されたイメー
ジ２２中に容易に順応し、特定のイメージカラーと矛盾
することがない。バックグラウンド区域２３への帯電用
ビーズ４７の付着は、それらがトナーと反対のチャージ
を持ち、かつ、一般には変換されることはないので、問
題にはならない。

【００７１】混合物４５は一成分の非磁性現像剤である
ことから、一成分の磁性現像剤とは本質的に異なる。一
般に不透明な磁性材料の内容物のために、後者の現像剤
は多色印刷には有効に用いることができない。多色印刷
においては、通常、異なった色のトナーが順次紙に転送
される。多色のイメージにおける不透明な磁性粒子が堆
積すると、それらの逆の効果を増大することとなる。

【００７２】混合物４５は、典型的には、選定された平
均サイズの像形成用のトナー粒子４６を主要比率で、そ
して、実質的により小さい平均サイズの帯電用ビーズ４
７を対応する小比率で、含んでいる。混合物４５はトナ
ー粒子４６に帯電用ビーズ４７を乾式混合して生成され
る。例えば、混合物４５は、重量比率で、１００部のト
ナー粒子４６に対して１〜６部の帯電用ビーズ４７、例
えば、１００部のトナー粒子４６に対して３部の帯電用
ビーズ４７から構成される。トナー粒子４６は８〜１５
μｍの範囲の平均サイズ（直径）を持ち、例えば、１２
μｍのサイズであり、帯電用ビーズ４７は０．０５〜
０．３５μｍの範囲の平均サイズ（直径）を持ち、例え
ば、０．１５μｍのサイズである。

【００７３】そのような混合比率、トナー粒子のサイズ
および帯電用ビーズのサイズの範囲が本発明の用途には
好適であるが、いかなる混合比率、トナー粒子のサイズ
および帯電用ビーズのサイズの範囲も、本発明の目的お
よび機能が達成される限り、使用することができる。ト
ナー粒子の一括した摩擦電気的帯電のためには、相対的
に低い比率においてのみ帯電用ビーズ４７が必要となる
ので、現像されたイメージ２２および／または未現像の
バックグラウンド区域２３に付着されるそのようなビー
ズ４７の量は問題になることはない。

【００７４】本実施例においては、トナー粒子４６は負
極性に帯電可能な粒子として、かつ、帯電用ビーズ４７
は正極性に帯電可能な粒子として設けられている。しか
しながら、トナー粒子４６は正極性に帯電可能であり、
かつ、帯電用ビーズ４７は負極性に帯電可能であっても
よい。トナー粒子４６と帯電用ビーズ４７とが相互に反
対のチャージの符号（極性）となることのみが必要であ
る。このために、帯電ビーズ４７は、摩擦電気（静電
気）の帯電列において、トナー粒子４６の高分子材料の
摩擦電気特性から離れた位置の特性を持つ高分子材料に
より、構成される。

【００７５】帯電用ビーズ４７は、摩擦帯電列におい
て、トナー粒子４６よりもより正の高分子材料により構
成されるようにすることができる。そこで、混合物４５
を摩擦電気的に帯電すると、帯電用ビーズ４７は正極性
のチャージを得、トナー粒子４６は負極性のチャージを
得ることとなる。逆に、帯電用ビーズ４７が、摩擦帯電
列において、トナー粒子４６よりもより負の高分子材料
により構成されることも可能である。この場合は、混合
物４５を摩擦電気的に帯電すれば、帯電用ビーズ４７は
負極性のチャージを帯び、トナー粒子４６は正極性のチ
ャージを帯びることとなる。

【００７６】トナー粒子４６のチャージの符号（極性）
および対応する帯電用ビーズ４７の反対のチャージの符
号（極性）の選定は、現像動作の性質、特に、光導電体
１１の光導電面２０上の静電潜像２１および／またはバ
ックグラウンド区域２３のチャージの符号（極性）、に
より決定される。例えば、写真複写機に用いられている
ような帯電区域現像(CAD) においては、最初に、感光面
２０が、光導電体１１に近接するコロナ線およびグリッ
ドを有するコロナ放電装置（図示せず）によるような、
コロナ放電により均一に高いチャージレベルで正極性
（あるいは負極性）に帯電される。帯電された感光面２
０は、電子写真的に再生されるべき文書上の印刷原稿の
ようなパターンを模写するために、光に露出される。そ
のパターンに対応する潜像２１は完全に正極性（あるい
は負極性）に帯電されたまま残留するが、バックグラウ
ンド区域２３のチャージは光によって消散し、低チャー
ジあるいは未帯電状態となる。

【００７７】この場合、トナー粒子４６は、摩擦電気的
に反対の、すなわち負の、極性に帯電される。そこで、
トナー粒子４６は、キャリア表面２９上のトナー層４４
から感光面２０上の正極性（負極性）に帯電された潜像
２１へ選択的に転送されて、トナー現像されたイメージ
２２を形成することとなる。これは、主として、一方の
極性の帯電された潜像２１と他方の極性に帯電されたト
ナー粒子４６との間の現像ゾーン３６における静電的引
力のためである。バックグラウンド区域２３は殆ど、あ
るいは、全く静電チャージを持たないので、現像の間に
トナー粒子４６は引き付けられることがない。

【００７８】また、キャリア表面２９は、潜像２１と同
じ極性であるが、より低いチャージレベルに帯電され、
そこで、トナー粒子４６は、現像ゾーン３６において、
現像ローラ１３から高レベルかつ逆極性の帯電された潜
像２１の方に選択的に引き付けられる。これは、現像用
電圧源４９によって現像ローラ１３に印加されたバイア
ス電圧のＤＣ成分により発生される電界の駆動力の下で
生じる。

【００７９】トナー粒子４６は、トナー層４４としてキ
ャリア表面に付与される前に、摩擦電気的に一括して帯
電されるので、キャリア表面２９は高レベルかつトナー
粒子４６のものとは逆極性のチャージには帯電されな
い。他方、従来技術においては、現像ローラがそれに対
抗してトナーを摩擦電気的に帯電させるためのキャリア
として作用するので、そのような高レベルの帯電が生じ
る。

【００８０】逆に、レーザプリンタに用いられているよ
うな放電区域現像(DAD) については、そのような完全に
正極性（負極性）に帯電された感光面２０を光に露光す
ると、そのパターンに対応する潜像２１のチャージが消
散されて低チャージあるいは未帯電状態となり、他方、
バックグラウンド区域２３が完全に正極性（負極性）に
帯電された状態で残留する。

【００８１】この場合、トナー粒子４６は摩擦電気的に
感光面２０と同じ、すなわち、正極性に帯電される。そ
こで、トナー粒子４６は、キャリア表面２９上のトナー
層４４から、感光面２０上の低チャージあるいは無チャ
ージの潜像２１へ転送され、現像されたイメージ２２を
形成することとなる。これは、放電されたイメージ区域
２１あるいは同じ極性に帯電されたバックグラウンド区
域２３と、同じ極性にバイアスされたキャリア表面２９
との間の現像ゾーン３６において、特定の（正あるいは
負の）極性に摩擦電気的に帯電されているトナー粒子４
６に働く静電気力のためである。トナー粒子４６は、バ
ックグラウンド区域２３からは反発され、潜像２１上に
引き付けられる。

【００８２】キャリア表面２９は、トナー粒子４６と同
じ極性にバイアスされており、現像ゾーン３６におい
て、現像用電圧源４９から現像ローラ１３に印加される
バイアス電圧のＤＣ成分によって発生される電界の駆動
力の下で、それらを潜像２１上に反発することとなる。
キャリア表面２９は、トナー粒子４６の低チャージある
いは無チャージの潜像２１上への転送を妨げることとな
ることから、それらと反対の極性に帯電されることはな
い。

【００８３】トナー粒子４６は、適当な量の通常の着色
剤、例えば、顔料および／または染料を含んだ、また、
必要により適当な量の通常の帯電調整剤を含んだ、通常
のトナー重合体（レジン）のマトリクス（バインダ）か
らなる。帯電調整剤は、トナー粒子４６が帯電されるべ
き所望の極性と、帯電用ビーズ４７のものに関係する特
定のトナー重合体の性質とに従って、選定される。帯電
用ビーズ４７は、通常の一般に透明な重合体（レジン）
であって、特に５０°以上のガラス転移温度を持つもの
からなる。帯電用ビーズ４７の透明な重合体は、帯電さ
れるべき所望の極性、すなわち、トナー粒子４６が帯電
されるべき極性と反対の極性に従って、選定される。

【００８４】トナー粒子４６用のトナー重合体は、一般
に、電気的に絶縁性のサーモプラスチックレジン、例え
ば、スチレン−アクリル酸レジン共重合体、ポリエステ
ル重合体、および、同様なタイプの通常の重合体材料で
ある。同様に、帯電用ビーズ４７の、例えば本質的に、
透明な重合体は、一般に、電気的に絶縁性の、例えば有
機の、材料であり、特に、ポリメチルメタクリレート(P
MMA)、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸共重合体、
アクリル重合体、および、同様なタイプの通常の、本質
的に透明な重合体材料のようなレジンである。上述のよ
うに、トナー粒子４６のトナー重合体および帯電用ビー
ズ４７の透明な重合体は、摩擦帯電列において離れてい
るように、選定される。また、帯電用ビーズ４７の重合
体は、望ましくは、５０°以上のガラス転移温度を持っ
ている。

【００８５】トナー粒子４６および帯電用ビーズ４７の
ために使用可能な特定の重合体材料は、例えば、１９８
９年５月２３日発行の米国特許第４，８３３，０６０号
(Nair ほか) 、１９８９年５月３０日発行の米国特許第
４，８３５，０８４号(Nairほか) 、および、１９９０
年１０月２３日発行の米国特許第４，９６５，１３１号
(Nair ほか) に開示されているものを含んでいる。

【００８６】負極性に帯電可能な非磁性のカラートナー
（カラートナー＃１）の例としては、アルミニウム・フ
タロシアニン顔料および帯電調整剤を含むポリエステル
・バインダからなるシアントナーがある。負極性に帯電
可能な非磁性のブラックトナー（ブラックトナー＃２）
の例としては、重量において、１００部のバインダ重合
体、すなわち、poly(styrene-co-butyl acrylate-co-di
vinyl benzen) 、２部の帯電調整剤、および、６部のカ
ーボンブラックからなる製剤がある。

【００８７】負極性に帯電可能な非磁性のトナー粒子お
よび正極性に帯電可能な帯電用ビーズの混合物の例とし
ては、重量において、上記のシアントナー（カラートナ
ー＃１）あるいは上記ブラックトナー（ブラックトナー
＃２）であって、そのようなトナー粒子が１２μｍの平
均粒子サイズを持つもの（すなわち、体積において、１
２μｍより大きいものが５０％、１２μｍより小さいも
のが５０％）と、３部のポリメチルメタクリレートのビ
ーズであって、そのようなビーズが０．１５μｍの平均
粒子サイズを持つもの（すなわち、体積において、０．
１５μｍより大きいものが５０％、０．１５μｍより小
さいものが５０％）との混合物がある。

【００８８】重要なこととして、現像ローラ１３および
供給ローラ１４は隣接するハウジング表面３４から十分
に離隔されており、交番電界中での混合物４５の摩擦電
気的な一括帯電の間にそれと混合物４５との摩擦接触を
回避するようになっている。混合物４５とハウジング表
面３４の隣接部分との摩擦接触は、回避されるべきもの
である。それは、良くとも、不均一なものであり、対応
してトナー粒子４６および帯電用ビーズ４７の不均一な
帯電をもたらすこととなる。

【００８９】代わりに、本発明によれば、現像ローラ１
３と供給ローラ１４の連合した相対的回転の間に、ハウ
ジングのホッパー部３７内の混合物４５が供給ローラ１
４と接触した正方向供給の流動の中で供給される。これ
により、混合物４５の増加分が供給ローラ１４により取
り上げられて、帯電区域４０において現像ローラ１３の
キャリア表面２９上に付与される。取り上げられた混合
物４５は、供給ローラ１４の作用により増加分に対して
物理的にかき乱されて、トナー粒子４６に一方の極性の
初期帯電を得させ、例えば、負極性に帯電されることと
なり、そして、帯電用ビーズ４７に正極性の初期帯電を
得させ、例えば、正極性に帯電されることとなる。

【００９０】初期的に帯電された混合物４５は、そこ
で、供給ローラ１４によりキャリア表面２９に増加的に
付与される。そのために、初期的に帯電された混合物４
５は、供給ローラ１４と現像ローラ１３との間の帯電ゾ
ーン４０において、現像用電圧源４９から現像ローラ１
３に印加されるバイアス電圧のＡＣ成分によって発生さ
れる交番電界中で、完全に摩擦電気的に一括帯電され
る。一括して摩擦電気的に帯電された混合物４５は、次
いで、キャリア表面２９上にトナー層４４として付着す
ることとなる。

【００９１】交互に反対の電極に粒子が衝突することに
よるトナーのパウダークラウド帯電(powder cloud char
ging) と異なり、混合物４５は、供給ローラ１４および
現像ローラ１３の間の交番電界の中で、トナー粒子４６
および帯電用ビーズ４７の活発な動きおよびそれらの間
の摩擦電気的な相互作用によって、帯電される。現像用
電圧源４９は、混合物４５が隣接するハウジング表面３
４、すなわち、供給ローラ１４、現像ローラ１３あるい
はドクターブレード１５と摩擦接触することとは実質的
に無関係に、供給ローラ１４と現像ローラ１３との間に
混合物４５を一括して摩擦電気的に帯電させるために十
分な交番電界を発生するように選定されたＡＣ成分を有
するバイアス電圧を、制御手段５７によって、現像ロー
ラ１３に印加するように構成されている。この交番電界
は、個々のトナー粒子４６および帯電用ビーズ４７が帯
電ゾーン４０における供給ローラ１４と現像ローラ１３
との間を前後に活発に動くように付勢する。この活発な
動きにより、混合物４５の二つの成分に互いに反対のチ
ャージが分与されることが引き起こされる。このこと
は、個々のトナー粒子４６相互の間、個々の帯電用ビー
ズ４７相互の間、および、トナー粒子４６と帯電用ビー
ズ４７との間の集団的な激しい摩擦接触の下で発生す
る。

【００９２】現像ローラ１３の連続する回転の間、制限
ゾーン４３においてトナー層４４はドクターブレード１
５により接触されており、その一括帯電されたトナー層
４４を現像ローラ１３上で選定された、均一な厚さの層
にならすようにする。トナー層４４は完全に帯電されて
いることから、ドクターブレード１５による摩擦接触が
混合物４５のチャージの完全性、均一性あるいはレベル
に対して逆効果を持つことはない。現像ローラ１３が更
に回転すると、均一な厚さの完全に帯電されたトナー層
４４がキャリア表面２９上で現像ゾーン３６に搬送され
る。現像ゾーン３６においては、前述したようにトナー
イメージ２２を形成して現像を行うために、層４４中の
トナーがキャリア表面２９から感光面２０上の潜像２１
に選択的に転送される。

【００９３】現像用電圧源４９により現像ローラ１３に
印加されたバイアス電圧のＤＣ成分が現像動作において
効果的に用いられている。このＤＣ成分は、キャリア表
面２９にトナー層４４として付与されている一括して摩
擦電気的に帯電された混合物４５により、潜像２１を選
択されたイメージ密度のトナーイメージ２２に現像する
ための電界を発生するように、選定されている。

【００９４】混合物層４４中に含まれており、それらの
逆極性のチャージのために、帯電用ビーズ４７はトナー
粒子４６に付着して、現像の間に、少なくとも部分的
に、それとともにキャリア表面２９から潜像２１に転送
されることとなる。帯電用ビーズ４７は、トナー粒子４
６の摩擦電気的一括帯電におけるそれらの機能とは別
に、混合物４５の少数成分を構成しているので、それら
は現像動作においては障害となる影響を与えることはな
い。

【００９５】現像後に、キャリア表面２９上に残ってい
る残留トナー粒子４６および帯電用ビーズ４７は、現像
ローラ１３の次のサイクルにおいてそこに混合物４５が
付与される前に、既知の方法で擦り落とされる(scrap
e)。このトナー粒子４６および帯電用ビーズ４７の擦り
落としは、都合よく、それらが接触している時の現像ロ
ーラ１３に対する供給ローラ１４の擦り作用によって実
現される。供給ローラ１４が現像ローラ１３から離隔し
ている場合は、この残留しているトナー粒子４６および
帯電用ビーズ４７の擦り落としは、現像ゾーン３６と帯
電ゾーン４０との間で一般には制御ゾーン４３のドクタ
ーブレード１５と正反対の点に配置され、キャリア表面
２９に滑動接触する通常の放電ブラシあるいは擦り落と
しプレートのような他の手段により実現される。

【００９６】このような擦り落とし作用は、それが新た
に貯蔵される混合物４５の実際の摩擦電気的帯電に先行
して行われるので、混合物４５の一括しての摩擦電気的
帯電を乱すことはない。動作において、ＤＣおよびＡＣ
バイアス電圧が少なくとも現像ローラ１３に印加され
る。ＤＣバイアスの大きさは、トナー現像されるイメー
ジ２２の密度を決定することとなる。

【００９７】例えば、放電区域現像(DAD) は、負極性に
帯電される光導電体１１、負極性に帯電されるトナー粒
子４６および負極性に帯電されるバイアスされたキャリ
ア表面２９を用いて実現される。現像剤用ＤＣバイアス
は、光導電体１１の感光面２０の電圧と感光面２０の露
出された領域（潜像２１）の残留電圧との間の負極性の
電圧にセットされる。ＡＣバイアスは、その現像剤用Ｄ
Ｃバイアスに加えられ、与えられたトナー１７（混合物
４５）について最大の現像となるように最適化される。
放電区域現像(DAD) においては、−８００ＶＤＣに帯電
されたバックグラウンド区域２３を持った光導電体１１
上における０（零）ＶＤＣでの潜像２１について、１０
００Ｈｚ（１ｋＨ）で１５００ＶＡＣ（１．５ｋＶＡ
Ｃ）の矩形波（３ｋＶのピーク対ピーク）を有し、典型
的には−２５０ＶＤＣ乃至−８００ＶＤＣの現像剤用バ
イアス電圧が現像ローラ１３に印加される。０．５ｋＨ
ｚより低いところで、バックグラウンドが発生する。
２．０ｋＨｚより高くなると、色調を与えられるイメー
ジの密度が減少する。密度は、また、０．５ｋＶＡＣよ
り小さくなると、減少する。２ｋＶＡＣ（４ｋＶＡＣの
ピーク対ピーク）より高い電圧において、エラストマー
（半導体層２７）のブレークダウンが発生する。逆に、
帯電区域現像(CAD) においては、現像剤用バイアス電圧
は、対応して、バックグラウンド区域２３上の消散され
るチャージのチャージレベルに関連して、選定されるこ
ととなる。

【００９８】本発明のシステムによれば、同じ電位の現
像ローラ１３、供給ローラ１４およびドクターブレード
１５により、非導電性の外被（外側層２８）を持った半
導体現像ローラ１３あるいはそのような外被のない（外
側層２８無し）半導体現像ローラ１３のいずれかを用い
て、線および固体を含む優れた白黒の原稿イメージを生
成することができる。

【００９９】しかしながら、連続的な色調のカラー印刷
（例えば、カラートナー＃１）に対しては、被覆されな
い半導体現像ローラ１３（外側層２８無し）、そして、
負極性に帯電されるトナー粒子４６の場合には現像ロー
ラ１３上の負極性ＤＣバイアスより少なくとも１００Ｖ
ＤＣほど負にバイアスされた供給ローラ１４により、一
般に最良の結果が得られる。正極性に帯電されるトナー
粒子４６については、この電圧差は、望ましくは、現像
ローラの正極性のＤＣバイアスより少なくとも１００Ｖ
ＤＣほど正となる。

【０１００】現像ローラ１３のＡＣ電界および現像ロー
ラ１３と供給ローラ１４との間のＤＣ電位差が、摩擦電
気的に混合物４５を帯電し、現像ローラ１３上に帯電さ
れたトナー粒子４６および帯電された帯電用ビーズ４７
を駆動し、ある程度の帯電用ビーズ４７を保留し、そし
て、現像が生じた後に、現像ローラ１３から残留する帯
電用ビーズ４７を除去する。

【０１０１】供給ローラ１４におけるＤＣバイアスは、
粉末形態で容易に流動しないタイプのトナー１７（例え
ば、カラートナー＃１）により現像ローラ１３上に均一
なトナー層４４を生成するために必要であることが発見
された。現像ローラ１３のＤＣおよびＡＣバイアスが供
給ローラ１４にも印加されるならば、現像ローラ１３上
にトナー１７の小さい固まり(clump) が形成されること
となる。しかしながら、供給ローラ１４のＤＣバイアス
が現像ローラ１３のバイアス電圧のＤＣ成分に関連して
電位傾度を生じるように用いられるならば、例えば、負
極性に帯電されるトナー粒子４６の場合に供給ローラ１
４のＤＣバイアスが現像ローラ１３のＤＣバイアスより
少なくとも１００Ｖほど負であるか、あるいは、正極性
に帯電されるトナー粒子４６の場合にそのようなＤＣ現
像ローラバイアスより少なくとも１００Ｖほど正である
ならば、相対的に低い流動性を持つタイプのトナーによ
ってもトナー（混合物４５）の均一な層４４が現像ロー
ラ１３上に生成されることとなる。

【０１０２】こうして、供給ローラ１４と現像ローラ１
３との間の電圧傾度、すなわち、現像ローラ１３に印加
されるバイアス電圧のＤＣ成分の大きさよりも大なる大
きさの供給ローラ１４に印加されるＤＣバイアス、を用
いることにより、現像ローラ１３へ一括帯電された混合
物４５を駆動すると同時に、比較的低い流動性を持つタ
イプのトナー粒子４６のクランピングの傾向を相殺する
ための電位差が与えられることとなる。

【０１０３】この時点で発生の機構は完全には理解され
ていないが、供給ローラのＤＣバイアスがトナー粒子チ
ャージの均一性を増大し、かつ、現像ローラ上に付着さ
れるトナー粒子からある程度の帯電用ビーズを除去する
ことになると思われる。これは、トナー粒子同士間の反
発を増大し、そこで、トナー粒子の結合（クランピン
グ）を減少させることとなる。

【０１０４】ＤＣバイアスが供給ローラ１４に印加され
ると、より漸進的なグレイスケールが得られる。供給ロ
ーラ１４のＤＣバイアスによって、平均のトナーチャー
ジが少々、例えば、５（そのようなバイアス無し）から
７マイクロクーロン／グラム（μＣ／ｇ）、変化する。
図２は、本発明の好適な実施例のバイアス条件下で生じ
る、放電された潜像電圧（DAD 、レーザプリンタ）と現
像ローラバイアス電圧(VDEV)との間の差を示すＤＣ現像
電圧（デルタＶ）の関数としてのグレイスケール反射濃
度（Ｄｒ）を例示している。これらの条件は、図１の構
成において、−６００ＶＤＣの初期光導電体電圧、１０
００Ｈｚの周波数で−２８０ＶＤＣおよび１５００ＶＡ
Ｃ（３ｋＶのピーク対ピーク）の現像ローラバイアス電
圧(VDEV)、および、−５００ＶＤＣ（ＡＣ無し）のトナ
ー供給ローラＤＣバイアス(TAR) を含んでいた。同じ現
像ローラバイアス電圧(VDEV)がドクターブレードにも印
加された。しかしながら、供給ローラおよび／またはド
クターブレードに対して異なった条件を用いても、匹敵
する結果が得られた。

【０１０５】混合物４５は、重量において、負極性に帯
電可能なトナー粒子４６として、１００部の１２μｍの
平均粒子サイズを持つ非磁性ブラックトナー＃２、およ
び、正極性に帯電可能な帯電用ビーズ４７として、３部
の０．１５μｍの平均粒子サイズを持つPMMAビーズ、か
らなるものであった。単一成分非磁性現像システム（レ
ーザプリンタ）は、導電性フォーム製供給ローラ１４[I
BMモデル4019] 、金属製ドクターブレード１５[IBMモデ
ル4019] 、および、１．５μＦ／ｍ² のキャパシタンス
を持つ光導電体１１[Kodak] を有している。特定のテス
トに従い、それは、また、次のものを有する。すなわ
ち、 （Ａ）現像ローラ＃１と指示されている、０．２７５イ
ンチ（０．６９８ｃｍ）厚さで、２ｘ１０⁸ オームｃｍ
の抵抗を有する半導体層２７（外側層２８無し）を持つ
第１の被覆無しポリウレタン現像ローラ、あるいは、 （Ｂ）現像ローラ＃２と指示されている、５０μｍの非
導電性コーティング（外側層２８）を有し、１０⁸ 乃至
１０⁹ オームｃｍのコア抵抗を有する第２の[IBMモデル
4019] 半導体製の被覆された現像ローラ。

【０１０６】上述のVDEVバイアス電圧が提供された現像
ローラ１３およびドクターブレード１５に印加され、他
方、上述のTAR バイアス電圧が供給ローラ１４に印加さ
れた。提供された現像ローラ１３と供給ローラ１４との
間の電界およびＤＣ電位差が一括して混合物４５を摩擦
電気的に帯電し、そして、光導電体１１上の放電された
潜像の接触現像のために、提供された現像ローラ１３の
キャリア表面２９上に帯電された混合物の付着を実現す
る。精確に２インチ／秒（５．０８ｃｍ／秒）の周辺速
度で走行している光導電体１１について、光導電体対現
像ローラ対供給ローラの表面（周辺）速度比は１：１：
−０．７であった。ドクターブレードは、８６４グラム
（３７．２ｇ／ｃｍ）の荷重が与えられた。

【０１０７】図２中に（Ａ）により示されているよう
に、被覆されていない現像ローラ＃１は、およそ２００
Ｖ（２３０乃至３０）の現像デルタＶ範囲にわたって
１．４Ｄｒ（反射濃度）から０（零）Ｄｒまでのグレイ
を生じ、そして、ハローイメージ効果を軽減する。デル
タＶは、光導電体１１上の放電された潜像のＤＣ電圧−
現像ローラ１３に印加されたバイアス電圧のＤＣ成分、
である〔例えば、２３０デルタＶ＝（−５０ＶＤＣ放電
された潜像）−（−２８０ＶＤＣ現像ローラＤＣバイア
ス成分）、そして、３０デルタＶ＝（−２５０ＶＤＣ放
電された潜像）−（−２８０ＶＤＣ現像ローラＤＣバイ
アス成分）〕。

【０１０８】（Ｂ）によれば、被覆された現像ローラ＃
２は、より漸進的なグレイスケールを生じるが、それが
グレイのバックグラウンド区域の黒色の固体イメージの
周りにホワイトハローを生じることとなるので、カラー
プリンタ（レーザプリンタ）にとっては不所望である。
本実施例のバイアス条件の下における被覆されていない
現像ローラ＃１および被覆された現像ローラ＃２の双方
により発生されるグレイスケールイメージ密度は、許容
しうるものである。しかしながら、被覆されていない現
像ローラ＃１は、それがグレイイメージにおける白ある
いは黒のグレイのいずれかに対してフリンジの現像およ
びハロー効果を軽減することとなるので、特に有益であ
る。

【０１０９】電界は常に完全な導体の表面に垂直である
という事実に基づいて、光導電体１１の感光面２０に接
触した高導電性の現像ローラ１３によりハローのような
イメージフリンジ効果が最小化されると考えられる。こ
の理由により、被覆されていない現像ローラ１３が特に
好適である。この現像ローラ１３上にエラストマー（弾
性）表面を用いることにより、接触現像における光導電
体１１への追従が保証されることとなる。

【０１１０】本システムが、現像ローラ＃１としての被
覆されていない半導体エラストマー現像ローラ１３（外
側層２８無し）か、あるいは、現像ローラ＃２としての
非導電性コーティング（外側層２８）を持った現像ロー
ラ１３のいずれかを有して動作することから、「一括し
た」摩擦電気的帯電が生じることは明らかである。この
ことは、一括した摩擦電気的帯電が現像ローラの表面の
条件に影響されないことを示している。

【０１１１】図３は、一括した摩擦電気的帯電が、図１
の構成におけると同様の条件の下で、発生するという更
なる証拠を示している。マイクロクーロン／グラムでの
トナーチャージ対質量比（Ｑ／Ｍ）は、特定の現像ロー
ラ用バイアス電圧(VDEV)および特定の供給ローラ用バイ
アス電圧(TAR) において、各種のドクターブレード荷重
力(loading force) およびバイアス電圧（ＤＣとＡＣ、
およびＤＣのみ）に対して特定される。このデータは、
一括の摩擦電気的帯電がドクターブレードのバイアスあ
るいは現像ローラへのドクターブレードの圧力に依存し
ないことを示している。これらのデータは、−８００Ｖ
ＤＣの光導電体初期電圧、−７５０ＶＤＣおよび１００
０Ｈｚの周波数で１５００ＶＡＣ（３ｋＶのピーク対ピ
ーク）の現像ローラ用バイアス電圧(VDEV)、および−１
０００ＶＤＣ（ＡＣ無し）の供給ローラ用バイアス電圧
(TAR) により得られた。

【０１１２】現像は、図３についても図２の場合同じ態
様で、図１の構成における被覆されていない現像ローラ
＃１をドクターブレードとともに用いて、実行された。
すなわち、 （Ｄ）現像ローラと同じバイアス電圧(VDEV)において、
それぞれ、３６６グラム（１５．８ｇ／ｃｍ）、８６４
グラム（３７．２ｇ／ｃｍ）、１４７３グラム（６３．
５ｇ／ｃｍ）を用いた。 （Ｅ）フロート条件、すなわち、電気的に非接続状態に
おいて、１４７３グラムの荷重力を用いた。 （Ｆ）−７５０ＶＤＣ（ＡＣ無し）において、１４７３
グラムの荷重力を用いた。 （Ｇ）−１０００ＶＤＣ（ＡＣ無し）において、それぞ
れ、３６６グラム、８６４グラム、１４７３グラムを用
いた。

【０１１３】外挿法を用いれば、１４７３グラムの荷重
力を用いた（Ｅ）および（Ｆ）についての結果は、三つ
の異なった荷重力を用いた（Ｄ）および（Ｇ）について
のものと矛盾しないことが明らかである。被覆されてい
ない現像ローラ１３（外側層２８無し）を用いた本発明
の条件について、図３は、トナーチャージ対質量比（Ｑ
／Ｍ）がドクターブレード１５のバイアス電圧あるいは
接触圧力に依存しないことを示している。かくして、ト
ナーはドクターブレード１５からチャージを得ることが
なく、ここに発生する摩擦電気的帯電プロセスがドクタ
ーブレードのバイアスあるいはドクターブレードの条
件、例えば、接触圧力に影響されないことを示してい
る。

【０１１４】図４は、トナーチャージ対質量比（Ｑ／
Ｍ）に対する供給ローラ１４のＤＣバイアスの効果を示
している。トナーチャージ対質量比は、次のようにバイ
アスされた供給ローラを用いて、あるドクターブレード
荷重力における種々のドクターブレード用バイアス電圧
に対して、測定された。すなわち、 （Ｈ）−１０００ＶＤＣ（ＡＣ無し）。 （Ｉ）現像ローラと同じバイアス(VDEV)。

【０１１５】図４については、特に、マイクロクーロン
／グラム（μＣ／ｇｍ）でのトナーチャージ対質量比
（Ｑ／Ｍ）データが、８６４グラムの荷重力における種
々のドクターブレード用バイアス電圧に対して、得られ
ている。これらのデータは、ある荷重力の使用を除い
て、例示として、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）および（Ｇ）
について図３の場合と同じ条件（および同じローラとド
クターブレード）の下で得られた。そこで、図３のもの
と同様に、図４のデータは、−８００ＶＤＣの光導電体
初期電圧、−７５０ＶＤＣおよび１０００Ｈｚの周波数
で１５００ＶＡＣ（３ｋＶのピーク対ピーク）の現像ロ
ーラ用バイアス電圧(VDEV)により得られた。

【０１１６】しかしながら、図４に示されている結果に
関して、それぞれ（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）および（Ｇ）
のドクターブレード用バイアス電圧による例（Ｈ）の一
組においては、供給ローラ用バイアス電圧(TAR) が−１
０００ＶＤＣ（ＡＣ無し）であり、他方、それぞれ
（Ｄ）、（Ｅ）および（Ｆ）だけのドクターブレード用
バイアス電圧による例（Ｉ）の一組においては、供給ロ
ーラ用バイアス電圧(TAR)が現像ローラ用バイアス(VDE
V)と同じ、すなわち、−７５０ＶＤＣおよび１０００Ｈ
ｚの周波数で１５００ＶＡＣ（３ｋＶのピーク対ピー
ク）であった。

【０１１７】例（Ｉ）の組において、ドクターブレード
は（Ｇ）のドクターブレード用バイアス電圧についてテ
ストされなかったが、外挿法によればこれらの結果が例
（Ｉ）の組と矛盾しないことは明らかである。被覆され
ていない現像ローラ１３（外側層２８無し）を用いた条
件に対して、図４は、トナーチャージが、供給ローラ１
４および現像ローラ１３に同じＤＣおよびＡＣバイアス
が印加される場合よりも、供給ローラ１４に異なったＤ
Ｃバイアスが印加される場合の方がより大きく（すなわ
ち、負極性帯電用トナー粒子４６についてはより負に）
なるということを示している。図４に示されている−１
０００ＶＤＣ（ＡＣ無し）の供給ローラ用バイアスに対
するより高いＱ／Ｍは、供給ローラ／現像ローラ間結合
の状態に影響を受ける、すなわち、その条件に依存する
ことを示している。

【０１１８】上述の結果によれば、現像ローラ１３に印
加されたＤＣおよびＡＣバイアス電圧がドクターブレー
ド１５にも印加されうるが、この手段は省略されて、ド
クターブレード１５は「フロート」条件、すなわち、電
気的に非接続の電極として零バイアスに止まることとな
る。例示として、図２、図３および図４について得られ
たテストデータは、負極性に帯電するブラックトナー
（ブラックトナー＃２）を用いて得られたが、例えば、
１２ミクロンの平均粒子サイズを持った１００部の負極
性に帯電可能なカラートナーカラートナー＃１）に、３
部の０．１５平均粒子サイズのPMMA帯電用ビーズを混合
されたものを用いても、また、例えば負極性に帯電可能
なビーズを同じ比率で含む混合物中に正極性に帯電可能
なブラックあるいはカラートナーを用いるものと同様
に、同等な良好な結果が得られる。

【０１１９】また、上述のテストは１０００Ｈｚで１５
００ＶＡＣのバイアス電圧を用いて実行されたが、いか
なる適当な大きさのＡＣバイアス電圧および周波数かつ
一致する振幅のものでも、現像ローラ１３に対して、ま
た、必要により供給ローラ１４に対して、用いることが
でき、それは、一般に、、潜像２１の所望の最大の現像
（現像されたイメージ密度、Ｄｒ）のために特定のトナ
ー粒子４６について最小化される。これは、所望の最大
のイメージ現像のために、現像ローラ用バイアス電圧(V
DEV)のＤＣ成分に関連して選定され、その大きさは、帯
電区域現像(CAD) においては潜像２１上のチャージに関
係して、また、放電区域現像(DAD) においては潜像２１
上のチャージの放電レベルに関係して、選定される。

【０１２０】こうして、現像ローラ用バイアス電圧のＡ
Ｃ成分およびＤＣ成分が、上述したところに調和する好
適な対応する範囲に選定されることとなる。例えば、ト
ナー粒子４６、光導電体１１、現像ローラ１３および供
給ローラ１４の特定の特性、潜像のチャージレベルとバ
ックグラウンドレベル、および、用いられる現像の接触
あるいは非接触の性質に依存して、ＡＣ成分は５００乃
至２０００Ｈｚで５００乃至２０００ＶＡＣであり、Ｄ
Ｃ成分は１００乃至８８００ＶＤＣの大きさを持つこと
ができる。特にブラックトナー粒子に対して、供給ロー
ラに印加されるバイアス電圧が現像ローラ用バイアス電
圧と同じとなりうるが、いくつかの実施例においては、
供給ローラに印加されるバイアス電圧は、現像ローラへ
のトナー粒子の駆動を改善するために必要とされる、現
像ローラバイアスのＤＣ成分に関連して電位傾度を与え
るＤＣ電圧を含んでいる。そのような電位傾度は、典型
的には、少なくとも１００ＶＤＣである。

【０１２１】勿論、そのようなＤＣバイアス電圧の大き
さは上記議論のように選定されるが、そのようなＤＣバ
イアス電圧の符号（極性）は、先述したように、与えら
れたトナー粒子が摩擦電気的に一括帯電されるべき符号
（極性）および対応する現像技術、すなわち、帯電区域
現像(CAD) あるいは放電区域現像(DAD) であるかに依存
する。

【０１２２】ここに述べたような混合物４５、現像ロー
ラ１３、供給ローラ１４および上述したようなバイアス
電圧の組み合わせにより、連続色調のカラー（多色）プ
リンタにおける単一成分非磁性現像の使用が有効に可能
となる。これは、連続色調プリンタ、特に明るい密度の
バックグラウンド上に高密度の固体を印刷するために、
既知のシステムを使用する従来技術において生じる問題
を、解消することとなる。

【０１２３】上述のテストは接触現像の方法により実行
されたが、５乃至１５、例えば、１０ｍｍの現像ギャッ
プ間隔を置く場合のような、非接触現像も同じく用いる
ことができる。また、上述のテストは、現像ローラに僅
かに圧接する供給ローラを用いて実行されているが、５
乃至１５、例えば、１０ｍｍのトナー付与用ギャップ間
隔を置いた場合のような現像ローラに対して間隔を置い
た供給ローラを用いることも同様に設計することもでき
る。

【０１２４】

【発明の効果】以上のように、本発明は、単一成分非磁
性現像システムにより、グレイレベルプリンタあるいは
連続色調のカラープリンタ、例えば、レーザプリンタの
効果的な利用を可能とし、従来の以下のような問題を解
消するものである。すなわち、 （ａ）グレイバックグラウンドにおけるブラックの固体
周囲のホワイトハロー。 （ｂ）イメージフリンジフィールドによって発生される
グレイバックグラウンドにおける暗い縁あるいは端の現
像。適当なコントラストおよび半導体製の柔軟な現像ロ
ーラを用いれば、グレイイメージ上のブラックに対する
ハロー効果およびグレイの固体に対するフリンジ現像が
解消される。 （ｃ）通常バックグラウンドを消去するために必要とさ
れるような現像ローラ／光導電体間速度差によって引き
起こされるグレイのバックグラウンド区域におけるブラ
ックイメージの二重印刷。混合物４５および先述したプ
ロセス電圧を使用すれば、狭いチャージ対質量比（Ｑ／
Ｍ）を生じることによって、そのバックグラウンド問題
が解消される。このことは、現像ローラと光導電体を
１：１の表面速度比で動作させることを可能として、二
重印刷効果を解消させる。 （ｄ）トナー結合に起因する協同的現像(cooperative d
evelopment) によって引き起こされるような、高コント
ラスト反射濃度（Ｄｒ）対現像デルタ電圧（デルタＶ）
特性。混合物４５および先述したプロセス電圧をもちい
れば、均一なトナーチャージと軽減されたトナー粒子間
結合が得られ、協同的現像が減少されることとなる。

【０１２５】本発明における一括摩擦電気的帯電は、ト
ナーのより均一な摩擦電気的帯電を生じる。トナーチャ
ージ対質量比がより狭い値で分布すれば、バックグラウ
ンド問題を軽減し、転送問題を改善し、かつ、クリーニ
ング問題を軽減することとなる。プロセススループット
が、より早く、かつ、より効率的なトナーの帯電によっ
て、増大される。このことは、現像ローラ上のトナーの
より大きい単位当り質量を可能とし、特定の走行速度に
おいて得られる最大イメージ密度を増大させることとな
る。また、表面の特性および表面の汚染に対する摩擦電
気的な帯電の影響も軽減されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による静電潜像を現像するため
の構成を示す一部断面による側面図である。

【図２】種々の条件の下で、図１の構成を用いて得た、
ＤＣ成分現像電圧（デルタＶ）の関数としての現像され
たイメージの反射濃度Ｄｒを示す特性図である。

【図３】図１の構成を用いて得た、各種のドクターブレ
ード電圧および荷重力に対するトナーチャージ対質量比
（Ｑ／Ｍ）を示す特性図である。

【図４】トナーチャージ対質量比について、バイアスさ
れた供給ローラの効果を示す図３と同様な特性図であ
る。

【符号の説明】

１０…電子写真設備 １１…光導電体 １２…現像装置 １３…現像ローラ １４…供給ローラ １５…ドクターブレード １６…ハウジング １７…単一成分非磁性現像剤 １８、２５、３１…導電性シャフト １９、２６…光導電性基体 ２０…感光面 ２１…静電潜像 ２２…トナー現像イメージ ２３…バックグラウンド区域 ２７…弾性半導体層 ２８…外側非導電性コーティング ２９…キャリア表面 ３４…構造面（壁） ３５…開口 ３６…現像ゾーン ３７…ホッパー部 ３８…ハウジング入口 ３９…ハウジング内部 ４０…帯電ゾーン ４１…支持部 ４２…調整手段 ４３…制御ゾーン ４４…トナー層 ４５…トナー混合物 ４６…トナー粒子 ４７…帯電用ビーズ ４８…現像用回路 ４９…現像用電圧源 ５０…ＤＣ成分 ５１…ＡＣ成分 ５２…ドクターブレード用回路 ５３…供給ローラ用回路 ５４…供給ローラ用電圧源 ５５…光導電体用回路 ５６…光導電体用電圧源 ５７…制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム バーナード ブリーランド アメリカ合衆国，ニューヨーク 14580, ウェブスター，ディッキンソン ロード 201 (72)発明者 トーマス アーサー ジャドウィン アメリカ合衆国，ニューヨーク 14612, ロチェスター，ノース パーク ドライブ 205

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像を現像するための装置であっ
   て、 一つの極性に摩擦電気的に帯電可能なトナー粒子と、反
   対の極性に摩擦電気的に帯電可能な一般的に透明な対抗
   する帯電用ビーズとの混合物を含む単一成分非磁性現像
   剤を、上記潜像を現像するために、搬送するためのバイ
   アス可能な現像手段と、 上記現像手段に隣接し、それに上記混合物を付与するた
   めの導電性を有する付与手段と、 上記混合物の上記装置のいかなる表面との摩擦接触にも
   実質的に無関係に、上記付与手段と上記現像手段との間
   において上記混合物を摩擦電気的に一括して帯電するた
   めの交番電界を発生するように選定されたＡＣ成分、お
   よび、上記現像手段に付与される該一括帯電された混合
   物により、上記潜像を選択されたイメージ密度に現像す
   るための電界を発生するように選定されたＤＣ成分、を
   含むバイアス電圧を上記現像手段に印加するように構成
   された電圧手段とを備えた装置。
2. 【請求項２】 静電潜像を現像するための装置であっ
   て、 一つの極性に摩擦電気的に帯電可能なトナー粒子と、反
   対の極性に摩擦電気的に帯電可能な一般的に透明な対抗
   する帯電用ビーズとの混合物を含む単一成分非磁性現像
   剤の貯蔵と、 上記潜像を現像するために上記混合物を搬送するための
   バイアス可能な現像手段と、 上記現像手段に隣接し、それに上記混合物を付与するた
   めの導電性を有する付与手段と、 上記混合物の上記装置のいかなる表面との摩擦接触にも
   実質的に無関係に、上記付与手段と上記現像手段との間
   において上記混合物を摩擦電気的に一括して帯電するた
   めの交番電界を発生するように選定されたＡＣ成分、お
   よび、上記現像手段に付与される該一括帯電された混合
   物により、上記潜像を選択されたイメージ密度に現像す
   るための電界を発生するように選定されたＤＣ成分、を
   含むバイアス電圧を上記現像手段に印加するように配設
   された電圧手段とを備えた装置。
3. 【請求項３】 静電潜像を現像するための装置であっ
   て、 静電潜像を供給するための感光面を持つ光導電体と、 選定された粒子サイズを持ち、かつ、一つの極性に摩擦
   電気的に帯電可能である多い成分比のイメージ形成用ト
   ナー粒子と、該トナー粒子より実質的に小さいサイズを
   持ち、かつ、反対の極性に摩擦電気的に帯電可能である
   対応する少ない成分比の一般的に透明な対抗する帯電用
   ビーズとの混合物を含む単一成分非磁性現像剤の貯蔵
   と、 上記混合物を搬送し、かつ、上記感光面上の潜像を現像
   するように構成されている電気的にバイアス可能な現像
   手段と、 上記現像手段に隣接し、それに上記混合物を付与するた
   めの導電性を有する付与手段と、 上記混合物の上記装置のいかなる表面との摩擦接触にも
   実質的に無関係に、上記付与手段と上記現像手段との間
   において上記混合物を摩擦電気的に一括して帯電するた
   めの交番電界を発生するように選定されたＡＣ成分、お
   よび、上記現像手段に付与される該一括帯電された混合
   物により、上記潜像を選択されたイメージ密度に現像す
   るための電界を発生するように選定されたＤＣ成分、を
   含むバイアス電圧を上記現像手段に印加するように配設
   された電圧手段と上記電圧手段は、上記現像手段上へ上
   記一括帯電された混合物を駆動するために上記現像手段
   に印加されたバイアス電圧のＤＣ成分と関連して電位傾
   度を供給するＤＣバイアス電圧を上記付与手段に印加す
   るように更に構成されており、 上記現像手段に付与された混合物の単位面積当り質量を
   選択的に制御するための制限手段とを備えた装置。
4. 【請求項４】 光導電体の感光面上の静電潜像を現像す
   るための現像剤を搬送するバイアス可能な現像手段に隣
   接して、導電性を持った付与手段を有している装置にお
   ける単一成分非磁性現像剤を一括して摩擦電気的に帯電
   させるための方法であって、 一つの極性に摩擦電気的に帯電可能なトナー粒子と、反
   対の極性に摩擦電気的に帯電可能な一般的に透明な対抗
   する帯電用ビーズとの混合物を含む単一成分非磁性現像
   剤の貯蔵を供給するステップと、 上記混合物を付与手段によって上記貯蔵から現像手段に
   付与するステップと、 同時に、上記混合物の上記装置のいかなる表面との摩擦
   接触にも実質的に無関係に、上記付与手段と上記現像手
   段との間において上記混合物を摩擦電気的に一括して帯
   電するための交番電界を発生するように選定されたＡＣ
   成分、および、上記現像手段に付与される該一括帯電さ
   れた混合物により、上記潜像を選択されたイメージ密度
   に現像するための電界を発生するように選定されたＤＣ
   成分、を含むバイアス電圧を上記現像手段に印加するス
   テップとを含む方法。
5. 【請求項５】 光導電体の感光面上の静電潜像を現像す
   るための現像剤を搬送するバイアス可能な現像手段に隣
   接して、導電性を持った付与手段を有している装置にお
   ける単一成分非磁性現像剤により、静電潜像を現像する
   ための方法であって、 選定された粒子サイズを持ち、かつ、一つの極性に摩擦
   電気的に帯電可能である多い成分比のイメージ形成用ト
   ナー粒子と、該トナー粒子より実質的に小さいサイズを
   持ち、かつ、反対の極性に摩擦電気的に帯電可能である
   対応する少ない成分比の一般的に透明な対抗する帯電用
   ビーズとの混合物を含む単一成分非磁性現像剤の貯蔵を
   供給するステップと、 上記混合物を付与手段によって上記貯蔵から現像手段に
   付与するステップと、 同時に、上記混合物の上記装置のいかなる表面との摩擦
   接触にも実質的に無関係に、上記付与手段と上記現像手
   段との間において上記混合物を摩擦電気的に一括して帯
   電するための交番電界を発生するように選定されたＡＣ
   成分、および、上記現像手段に付与される該一括帯電さ
   れた混合物により、上記潜像を選択されたイメージ密度
   に現像するための電界を発生するように選定されたＤＣ
   成分、を含むバイアス電圧を上記現像手段に印加するス
   テップと同時に、上記現像手段上へ上記一括帯電された
   混合物を駆動するために上記現像手段に印加されたバイ
   アス電圧のＤＣ成分と関連して電位傾度を供給するＤＣ
   バイアス電圧を上記付与手段に印加するステップと、 上記混合物を上記現像手段上において実質的に均一、か
   つ、選択された厚さの層にならすことにより、上記現像
   手段に付与される一括帯電された混合物の単位面積当り
   質量を制限するステップと、 上記現像手段上の一括帯電された混合物により潜像を現
   像するステップとを含む方法。