JPH11249438A - 非相互作用的な電子写真現像システム及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現像ゾーン内に実質的に担体ビーズ鎖が無
く、また脆い細線を使用せずに、効率的でかつ画像欠陥
の生じない非相互作用的な現像システムの提供が必要と
される。 【解決手段】 現像剤材料を用いて潜像の現像を行う現
像用部材８０が、現像剤材料を収納するケース６５、お
よび前記現像剤材料を前記ケースから前記潜像に移送す
る磁石機構４００であって、前記磁石機構は磁石芯と前
記磁石芯を封入してその周囲を回転する筒状スリーブ１
００を含み、前記スリーブは０．００１〜０．００６イ
ンチの厚さをもつものである磁石機構４００を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子写真印刷機
に関し、特に非相互作用的な静電潜像の現像に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電子写真印刷機は光導電性部材
を含み、この部材はほぼ均一な電位に帯電されて表面が
感光性にされる。この帯電した光導電性部材の部分が、
作製される文書を再現する光学像のパターンに露光さ
れ、これにより文書中の情報域に一致した静電潜像が光
導電性部材上に記録される。静電潜像が光導電性部材上
に記録されると、該潜像の露光が行われ、この現像は、
現像剤を供給して潜像に有効に接触させることで行われ
る。通常、現像剤材料は静電電荷を担持したトナー粒子
を含み、この静電電荷はトナー粒子が静電潜像中の所望
の位置に移動して、かつ付着し得るように選択される。
得られた物理像は次に複写シートに転写される。最終工
程で、前記複写シートに加熱等の処理が施され、所望の
画像形状の粉末像が前記複写シートに定着される。

【０００３】現像には相互作用的と非相互作用的の二方
法があり、両者は潜像上に付着したトナーが次の現像工
程で攪乱または除去されるか否かに基づいて分けられ
る。清掃的および非清掃的という用語を、相互作用的お
よび非相互作用的という用語の代わりに用いることもあ
る。非相互作用的な現像が特に有用であるのは、カラー
システムにおいて静電潜像上にカラートナーを付着させ
る場合であり、すなわち先に供給された別の色の付着ト
ナーの攪乱や、カラートナー供給源の相互汚染を生じな
いことが必要とされる場合である。本発明は、このよう
な原色画像を重ねていく方式の（ｉｍａｇｅ−ｏｎ−ｉ
ｍａｇｅ）非相互作用的な現像法に関する。

【０００４】公知の有用な非相互作用的現像法として粉
末雲を生成して現像を行う方法がある。前記粉末雲は、
感光体と現像電極として作用する部材間の隙間に生成さ
れる。一般に前記隙間はできるだけ小さくして、０．０
１０インチ以下にする必要があるとされる。一般に、前
記隙間が大きくなる程、現像時に細線および縁端部に生
じる画像欠陥が大きくなる。すなわち、不正確な線幅で
の現像、ベタ地近傍の線の歪、およびベタ地端部の（特
に隅部での）ダレ等が生じる。明らかにこれらの欠陥
は、細線上およびベタ地縁端部での画像形成用電界のア
ーチに起因するものである。このアーチ内では、帯電し
た潜像からの電界ラインは粉末雲を通過して現像電極に
到達せずに、上向きに弧を描いて感光体のアース面に戻
る。欠陥が発生する理由は、一般に粉末雲中のトナーは
電界ラインに沿って動き、前記アーチ内では電界ライン
と交差することができないため、付着したトナーの分布
が潜像の帯電の分布に一致しなくなるためである。電界
アーチに基づく欠陥は相互作用的な二成分系現像剤によ
る現像においてはそれ程重大なことではない。この理由
は、担体粒子がアーチ内でトナーを移送するためであ
る。前記欠陥は、相互作用的な一成分系現像剤による現
像（例えばＫａｎｂｅ他発明による米国特許第４，２９
２，３８７号開示の現像法）の場合もそれ程重大なこと
ではない。この理由は、強力な交流電界が隙間間に重畳
され、この交流電界が前述の電界アーチパターンを打ち
消すためである。

【０００５】下記の引用特許に開示された方式の非清掃
的システムの場合も、隙間間に交流電界が印加される。
しかしながら、重要な点は、このシステムでは、前記交
流電界が強くなり過ぎると先に現像された画像上にトナ
ー衝突が起こり、その影響で現像システムが相互作用的
になることが起こり得ることである。つまり、ある一つ
のシステムにおいて良好な画像形成は強電界で行われ、
非相互作用的な現像は弱電界で行われるもので、両方が
同時に行われることはない。

【０００６】Ｋａｕｋｅｉｎｅｎ他の発明による米国特
許第５，４０９，７９１号記載の非相互作用的磁気ブラ
シ式現像法では、永久磁化された担体ビーズが使用さ
れ、このビーズが導電性の非磁性スリーブ内で回転式の
多極磁石と組合わさって機能する。前記スリーブ面上方
の空間で、磁界ラインがアーチを形成し、さらに担体ビ
ーズ鎖を形成する。この現像剤の鎖は、多極磁石がもた
らす磁界によって、スリーブに接触し、かつ感光体とは
直接接触しない状態で保持される。前記ローラ芯がスリ
ーブに対してある一定方向に回転する際に、スリーブ面
上を走る磁界ラインは反対方向に回転する。この相互回
転により前記ビーズ鎖がタンブラー動作を起こし、この
タンブラー動作によって現像剤材料がスリーブ面沿いに
移送される。強力な機械的振動が、トナー粒子が濃密な
粉末雲になることをきわめて効果的に防ぐ。前記濃密な
粉末雲は、スリーブと静電潜像間の現像電界の影響によ
って隣接した感光体面に現像される恐れのあるものであ
る。この米国特許第５，４０９，７９１号はＥａｓｔｍ
ａｎ Ｋｏｄａｋ社に譲渡されたもので本明細書の参考
文献である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら明らか
に、米国特許第５，４０９，７９１号によるビーズ鎖の
使用においては、現像用隙間内に実質的なクリアランス
を設けてビーズ鎖と感光体との物理的直接接触による相
互作用を避ける必要がある。図１および図２に、リプル
形の現像剤表面と形成されたビーズ鎖を示す。前記クリ
アランスが必要であるために、現像電極を静電潜像近傍
の有効位置まで接近させることができない。ビーズ鎖を
用いた場合の典型的なクリアランスは約０．０３０〜
０．０５０インチであるのに対し、米国特許第４，８６
８，６００号記載の方式では、典型的な現像システムに
おけるドナーロールと感光体表面間の隙間は約０．０１
０インチまで狭められる。米国特許第５，４０９，７９
１号による装置では、現像剤欠乏による現像剤マス高さ
の低下が試みられ、前記米国特許第４，８６８，６００
号記載の方式とほぼ同じ高さをもつ肉薄のブラシ構造が
得られることが明らかにされている。しかしながら、露
出した線状の鎖構造では著しく効率のよい電極材料は得
られない。また前記構造には、諸々の問題、特に線およ
び縁端部での画像欠陥の問題が残っている。

【０００８】したがって、現像ゾーン内に実質的に担体
ビーズ鎖が無く、また脆い細線を使用せずに、効率的で
かつ画像欠陥の生じない非相互作用的な現像システムの
提供が必要とされる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の諸問題を
解決するものであり、該解決は、現像ゾーン内に実質的
に担体ビーズ鎖が存在せず、脆い細線を用いずに、機械
的に攪拌された永久磁化担体を含む粉末雲源を用いた非
相互作用的な現像システムを提供することで行われる。
したがって本発明のシステムは高耐久性であると共に、
約０．０１０インチの狭い間隔の現像電極と静電潜像間
の隙間が得られる。この隙間は十分に小さくて、細線お
よび縁端部に伴う画像欠陥を解消もしくは極端に減少し
得るものである。この効果は、ビーズ間の磁気的相互作
用を個々のビーズと多極磁石によって印加される磁界勾
配との相互作用よりも小さくすることで得られる。

【００１０】本発明によって提供される現像剤材料を用
いて潜像の現像を行う現像システムは、現像剤材料を収
納するケース、および前記現像剤材料を前記ケースから
前記潜像に移送する磁気ロールであって、該磁気ロール
は磁石芯と該磁石芯を封入してその周囲を回転する筒状
スリーブを含み、前記スリーブは０．００１〜０．００
６インチの厚さをもつものである磁気ロールを含む。

【００１１】また、本発明により非相互作用的な静電潜
像の乾式粉末現像装置が提供される。前記装置は、静電
潜像を保持する潜像保持部材、現像剤材料を収納するケ
ース、現像剤材料を前記ケースから前記潜像に移送する
磁気ロールであって、該磁気ロールは磁石芯と該磁石芯
を封入してその周囲を回転する筒状スリーブを含み、前
記スリーブは０．００１〜０．００６インチの厚さをも
つものである磁気ロールを含む。

【００１２】

【発明の実施の形態】図３に、本発明の非相互作用的な
現像システム（一括して数字８０で示す）の一実施形態
を組み込んだ電子写真式複写機８を示す。複写機８は適
当なフレーム（図示せず）を備え、このフレームに電子
写真用機構部品が動作できるように支持される。従来技
術から明らかに、電子写真用機構部品の一つに記録用部
材があり、本明細書ではこの部材を移動式感光体１２の
形で示す。図示の例における構成では、感光体１２は導
電性表面１４をもつベルトを含む。前記ベルトはモータ
を備えたリンク機構の作用で、ローラ１６，１８および
２０並びに転写機構３０中の各ローラで規定される経路
沿いに動く。前記動きの方向は、図３および矢印Ｐで示
した左回り方向である。感光体１２の周囲にはいくつか
の装置が動作できるように配置されており、前記装置と
して、感光体１２の光導電性表面１４を均一に帯電させ
る帯電用コロトロン２２、位置決めシュー５０で位置決
めされた前記均一に帯電した光導電性表面１４を色分離
された形態の文書を表すパターンで露光する露光ステー
ション２４、光導電性表面１４上に形成された静電潜像
を適当な色のトナーで現像する現像ステーション２８、
および複写シート３２などの適当な複写基材への現像画
像の転写を助長し、複写シートを画像転写ステーション
３０において光導電性表面１４上の現像画像とタイミン
グを合わせて前方に送給するトナー転写および除去用コ
ロトロン（図示せず）がある。次の画像形成サイクルの
前処理として、不清掃ステーション（図示せず）で不要
な残留トナーがベルト表面から除去される。

【００１３】転写後、シート３２は融着ステーション
（図示せず）へと移送され、このステーションでトナー
像は電子写真技術において従来公知の加圧または加熱融
着法によって定着される。融着後、複写シート３２は出
力トレーに排出される。

【００１４】各露光ステーション２４で、感光体１２は
位置決めシュー５０沿いにガイドされて、光導電性表面
１４が最適露光面に一致するようにされる。レーザダイ
オード式ラスタ出力スキャナ（ＲＯＳ）５６が、感光体
１２がシュー５０に沿って一定速度で進行する際に、密
な間隔の走査線ラスタを光導電性表面１４上に生成す
る。ＲＯＳは、データソース制御式のレーザソースと、
回転式ポリゴンミラー、およびそれらに付随した各光学
部品を含む。各露光ステーション２４で、ＲＯＳ５６が
帯電した光導電性表面１４を逐一露光して、色分離され
た文書パターンに対応する静電潜像を形成する。従来技
術から明らかに、他の静電潜像形成用の露光システムを
ＲＯＳシステムの代わりに用いて、各露光ステーション
で帯電した表面を画像の形状に除電して、適当に色分離
されたパターンに対応する静電潜像を形成することがで
きる。前記他の露光システムとして液晶光バルブや発光
ダイオード（ＬＥＤ）を用いた印刷バー、およびその他
の同等の機能をもつ光学機構などがある。

【００１５】現像剤機構２６は現像剤ケース６５を含
み、このケースにトナー供給カートリッジ６６が回転で
きるように搭載され、これによってトナー粒子が必要量
下方に供給されてオーガ混合および配給機構７０を収納
した溜め領域に入る。前記機構７０は、本明細書の参考
文献であるＨａｃｋｎａｕｅｒ他の発明による米国特許
第４，６９０，０９６号に開示されている。

【００１６】各現像ステーション２４での動作の説明を
続ける。現像用部材８０が感光体１２の光導電性表面１
４に対して所定の位置関係に配置されて動作する。前記
現像用部材８０の長さは光導電性表面１４の幅と同じも
しくは若干長い。また現像用部材８０の機能軸は前記光
導電性表面に平行で、感光体１２の経路に対して直角に
配向している。現像用部材８０の進行にしたがって、現
像剤ブランケット８２が感光体１２の光導電性表面１４
のごく近傍で現像ゾーン内に移送され、このゾーンで静
電潜像の現像が行われる。

【００１７】適当なコントローラを備えて複写機８の各
構成部品を所定の相互関係の下で動作させることにより
フルカラー画像が作製される。

【００１８】以下に本発明の現像用部材８０の構成と機
能の詳細を図５〜１０を参照して示す。図５に、感光体
１２、回転式スリーブ１００、および磁石機構４００の
拡大図を示す。感光体１２の光導電性表面１４とスリー
ブ１００間の隙間１４０は最小で約０．０１０インチで
ある。隙間１４０は裏当て材１１０を含む適当な機構に
よって維持され、裏当て材１１０として、硬化された鏡
面仕上げ金属シューなどがある。現像が行われるのは現
像ゾーン１４１においてである。磁石機構４００は永久
ドライブ（駆動）磁石１２０からなる外周層を含み、磁
石１２０は鉄または他の軟磁性材料からなる筒状芯に接
合される。磁石１２０は交互に磁気分極した領域１２２
を含み、領域１２２は多極構造を形成するように配置さ
れる。好適には、磁化密度の関数は約２ｍｍの周期をも
つ純粋の正弦波、すなわち該磁石機構が約１ｍｍの磁極
間隔を有する。スリーブ１００と磁石機構４００は、各
々が適当な機械的手段によって共通軸の周りを相互に回
転するように作製される。また、スリーブ１００は上記
手段によって現像剤機構２６に対しても回転することが
好ましい。公知のように、スリーブ１００と磁石機構４
００との相対的な動きによって、スリーブ１００の表面
に固定された基準フレーム内に回転するドライブ磁界
（図示せず）が発生する。ドライブ磁石１２０内に生起
した磁界の勾配によって、薄型の現像剤層１３０は光導
電性表面１４には接触しない状態でスリーブ１００の表
面に固定される。現像剤層１３０は約二つの単分子層を
含み、この二つの単分子層はトナー担持担体ビーズ２０
０に相当するもので、この図の尺度では視認できない。

【００１９】スリーブ１００は筒状マンドレル上への非
磁性金属の電界鋳造などの公知の方法により作製され
る。スリーブ１００は薄型、フレキシブルで、好適には
０．００１〜０．００８インチの厚さをもつ。好適には
このスリーブは非磁性金属で作製され、前記非磁性金属
として、ニッケル−リン合金、黄銅、および銅からなる
群から選択される金属などがある。スリーブ１００は磁
石機構４００に緊密に固定される。磁石機構４００は、
体積比で少なくとも６０％のネオジウム−ボロン−鉄硬
磁性合金を有効組成として含む複合材を含み、０．５〜
２ｍｍの磁極間隔をもつ。スリーブ１００が磁石機構４
００の周りを回転する際に、スリーブ１００が軸受け面
上で支えられて動く。前記軸受け面によってスリーブの
相対回転が可能になると共に、スリーブが均一に支持さ
れて耐力を付与され、この耐力によってスリーブが端部
から加わる回転力の作用でバックルすることが抑止され
る。なお、潤滑膜を軸受け表面に塗布して摩擦を低減さ
せることも可能である。

【００２０】図６に現像ゾーン１４１の一部を精細な尺
度で示す。この尺度ではスリーブ１００およびドライブ
磁石１２０の相対曲率は小さく、近似的にこの領域は平
坦と考えることができる。層１３０は永久磁化された担
体ビーズ２００を含む。前記ビーズ２００は、好適には
５０〜１００μｍの粒径をもち、図解のために密に充填
された単分子層の形状で示す。ビーズ２００は矢印２０
１の方向に磁化され、矢印２０１はビーズの磁気双極子
モーメントを表す。ビーズ２００は、直下のドライブ磁
石１２０の磁極に基づく磁界（図示せず）によって配向
する。すなわち該磁界は磁気分極１２２（図５とは異な
る尺度で表す）から生起する。磁界はほぼ一様に垂直を
向いているため、各ビーズの磁気モーメント２０１はほ
ぼ平行である。ある特定のビーズ２０２を図解のために
影を付けずに示す。先行技術の方法では図６に示すよう
なビーズ形状はエネルギ的に不安定である。図６の形状
の静磁界エネルギをＵ_Iで表す。

【００２１】図７に示すビーズ２０２は、他の三つのビ
ーズで形成されたポケットに移動して鎖を形成した状態
であり、明らかにこの鎖は起こり得る最短の鎖である。
ビーズ２０２はドライブ磁石１２０の磁界勾配内で上方
に動いて、前記三つの支持ビーズとのヘッドツーテイル
（ｈｅａｄ ｔｏ ｔａｉｌ）関係を強め、それによっ
てビーズ間の相互作用の静磁界エネルギが弱まると共
に、ビーズの磁気モーメントと多極磁石の磁界との相互
作用の静磁界エネルギが強くなる。先行技術の装置では
ビード間の相互作用の力が強いために、図７の最短の鎖
は自然に形成される。図７の形状の静磁界エネルギをＵ
_IIで表す。

【００２２】本発明のシステムはビーズ鎖を用いずに機
能を果たす。また本発明は、Ｕ_II＞Ｕ_Iとすることによ
って最短の鎖であっても形成することを防止する。前記
エネルギ条件は、ビーズ間の相互作用をビーズとドライ
ブ磁界の勾配との相互作用よりも弱くすることによって
得られる。明らかに、最短の鎖の形成を防止する条件は
あらゆる長鎖の形成を防ぐものである。この理由は、長
鎖の形成にはより多くのエネルギを必要とするためであ
り、この場合想定したビーズは強いドライブ磁界勾配中
に存在し続けるものとする。定量的には、本発明のシス
テムでは、Ｕ_II＞Ｕ_Iとするために磁気的な設計パラメ
ータを選択する必要がある。この選択は静磁気学上の問
題となるもので、後述の付記に近似解の導出を示す。前
記問題の解は次式で与えられるパラメータＣの形で表さ
れる。

【００２３】

【数１】Ｃ≡２．２（Ｍ_o／Ｍ_b）ｅ^-ktｋａ 式中、Ｍ_oは駆動用磁石のピーク磁化イオン、Ｍ_bはビー
ズの磁化イオン、ｋは２π／λで表される数、λは磁極
間隔に２を乗じた数、ｔはスリーブ厚さ、およびａはビ
ーズの半径とする。

【００２４】Ｕ_II＞Ｕ_Iのエネルギ条件はＣ≧１の場合
に生じる。

【００２５】明らかにＣ≧１というのは近似的なもので
ある。理由は、単純化した仮定を設けていること、並び
に実際の装置においては、ビーズ寸法形状のばらつき、
ビーズ磁化の不均一、およびその他の理想状態からのず
れがあるためである。実施例でこの条件の適用例を示
す。実施例において、先行技術のビーズ鎖法ではＣの値
は常に１よりはるかに小さく、ある典型例ではＣ＝１／
７０であることを示す。さらに実施例で、新規考案手段
によれば、驚くべきことにＣ≒１に達し得ることが可能
なことを示す。Ｃを表す式から明らかに、Ｃ値を高める
には、Ｍ_oすなわちドライブ磁石１２０の力を高め、駆
動用スリーブの厚さｔを極力小さくすることが有効であ
る。ある臨界点までは、ｋすなわちドライブ磁石１２０
の磁化の空間周波数を高めること（このことは磁極間隔
を狭めることに等しい）が有効である。しかしながら、
ｋの値が大きくなり過ぎると、指数であるｋｔが支配的
なパラメータになり、ドライブ磁石１２０の磁界が現像
剤スリーブに浸透しないようになって、ビーズを保持で
きなくなる。同様にある臨界点までは、ビーズ磁化Ｍ_b
の値を下げることができる。しかしながら、Ｍ_bの値が
小さくなり過ぎると、明らかに透磁率μの値が著しく減
少してビーズを保持し得なくなる。

【００２６】現像ゾーン内ではビーズは一つの単分子層
より多い状態で存在することが好ましく、実際に現像剤
層１３０にビーズが約二つの単分子層の状態で好適に存
在することで、現像されるトナーを現像ゾーン１４０中
に供給する速度が高められる。この場合、ビーズ鎖の形
成を防止するための判断基準は二層目のビーズに適用さ
れ、一層目のビーズはスリーブ１００の厚みに付加され
るものと考える。以下の実施例で、本発明のシステムお
よび本発明の説明において算出された近似値を具体的に
示す。

【００２７】以降の実施形態で本発明の具体的な実施形
態を詳細に示す。該実施例はあくまでも例証のためのも
のであり、本発明を該実施形態で示した材料、条件、あ
るいは処理パラメータに限定するものではない。

【００２８】

【実施例】実施例１：図８に示すように、１ｍｍ厚さの
ゴム接着されたネオジウム−ボロン−鉄複合体（Ａｒｎ
ｏｌｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｍａｒｅｎｇｏ，
３）製１２０１型）を飽和するまで均一に磁化した。次
いで交互磁化１２３を帯びたシートを重ねて、磁気的に
安定な線形多極構造を形成した。前記多極構造の磁極間
隔は１ｍｍで、磁化Ｍ_oは約３７５ガウスであった（製
造元資料ではＢ_r＝４，７００ガウスであり、したがっ
てＭ_o≒４７００／４π≒３７５ガウスである）。得ら
れた磁化はフェライト材料を用いた場合の約２倍であっ
て、波形は好適な正弦波ではなく、ほぼ方形であった。
その他の点は、本構造は、本発明の好適なドライブ磁石
の良好なフラットバージョンのものである。

【００２９】実施例２：重量比で約５０部のスチレン−
ｎ−ブチルメタクリレート重合体と、約２０部のＣｏｎ
ｄｕｃｔｅｘＳＣ ウルトラカーボンブラック、および
約３０部のＨｏｏｓｉｅｒ ｍａｇｎｅｔｉｃｓ ＨＭ
１８１ 硬フェライト粉を押し出し機で溶融、混合し
た。

【００３０】冷却後の押し出し品を破砕し、さらに気流
粉砕した後分級して、平均粒径１００μｍの担体を実験
に必要な量回収し、この後前記担体を飽和するまで磁化
した。このビーズは体積比で約１０％のランダム配向し
たフェライト粒子を含む。したがってこのビーズの飽和
磁化Ｍ_bは約２０ガウスである（純配向したストロンチ
ウムフェライトの飽和磁化Ｍ_satは約３８０ガウスであ
る。実施例１の複合ビーズの飽和磁化は希釈によって１
／１０に低下し、さらにランダムな粒子配向によって１
／２に低下する）。担体ビーズの飽和磁化は、従来から
硬磁性担体を用いたシステムで使用されている純フェラ
イト担体に比べて低い。

【００３１】実施例３：実施例１の磁石構造上に約０．
００４インチ厚のマイラシートを置き、その上に実施例
２の担体膜を塗布して表面を覆った。この後現像剤のモ
ホロジを高性能の双眼顕微鏡で観察した。前記マイラシ
ートを、スリーブ１００の動きに似せて前記磁石構造の
磁極を横切る方向に手で引っ張ると、担体マッスは簡単
に薄膜状になり、１〜３ビーズ厚さの層になった。ビー
ズ２個分の厚さの層は、厚さが均一で、若干の厚さ変動
として観察されるある種の磁極構造を有していた（前記
厚さ変動が見られた理由は、前記磁石構造の非正弦波形
での磁化パターンによることが明らかである）。ビーズ
マッスを磁極を横切る方向に動かすと、鎖は何処にも観
察されず、各ビーズが隣接したビーズと勢いよく擦り合
いながら個々に回転している様子が観察された。ビーズ
は高密度に充填されており、磁気ブラシ内のように拡散
した線状ではない。実施例１および２で推定した値に基
づいて計算したＣの値は約５であった。

【００３２】実施例４：ほぼ単分子層の担体で覆われた
約０．０１６インチ厚さのカードストック層をマイラシ
ートの代わりに使用し、その他は実施例３の手順を繰り
返した。その結果、実施例３に比べて、ｔ値が４倍に増
加し、ビーズマッスはより低い磁界および磁界勾配の領
域に移動した。カードストックが移動する際に、二つま
たは三つの短いビーズ鎖の形成が磁極面上にのみ観察さ
れた。この場合Ｃの計算値は約２であった。明らかにこ
のビーズ鎖の形成は、前記磁石機構の理想状態と異なる
方形に近い磁化パターンによって磁極面上の磁界勾配が
小さくなったために生じたものである。

【００３３】実施例５：飽和磁化された平均粒径１００
μｍの純ストロンチウムフェライトビーズの層を実施例
２の担体材料の代わりに用いて、他は実施例３の手順を
繰り返した。この材料は湿った砂に一致した性質をも
つ。実施例３に比べてＭ_bの値が約１０倍増加し、その
ためＣは約１／２に減少した。マイラシート上のビーズ
の摺動が、磁石構造上の位置を維持したまま生じること
が観察された。厚さが同じで面粗度が粗い紙の層をマイ
ラシートの代わりに用いると、単分子層状態のビーズは
ほとんどビーズ鎖の形成を示さなかった。ビーズ鎖は、
磁極面上に形成されることが判明した。平坦な線状のビ
ーズも観察されたが、これらは磁化が上向きに配向して
いなかった。通常の場合は、磁気ブラシはほとんど存在
しない。

【００３４】実施例６：先行技術のＫａｕｋｅｉｎｅｎ
他発明による米国特許第５，４０９，７９１号の実施例
１では下表の左欄に示すパラメータが使用されている。

【００３５】

【表１】 右欄の各値は、左欄に対応する各パラメータから公知の
手段によって算出したものである。ｔの値には先行技術
の装置に通常備わる磁石とスリーブ間のクリアランスが
含まれている。ロールの磁化Ｍ_oは付録中の式を用いて
推定した。得られた値はゴム接着されたフェライト磁石
の特性を示すものである。ビーズの磁化Ｍ_bは左欄の値
をフェライトの濃度で割ることで求めた。該値は等方性
のストロンチウムフェライトにおける予測値より僅かに
大きい。右欄の値を用いて計算したＣの値は約１／７３
であり、担体ビーズが小さくなる程Ｃ値も小さくなる。
したがって、先行技術の装置は本発明で要求される条件
に対して約二桁及ばないものである。

【００３６】実施例７：実施例１の磁石構造の代わりに
市販機から取り出した磁石を用いて、他は実施例３の手
順を繰り返した。この磁石は直径が２８．４ｍｍで、ゴ
ム接着されたフェライトからなり、磁極数は１０であっ
た。したがってＭ_oは約１７５ガウスで、ｋは約０．３
５／ｍｍであった。ビーズ数１０以上の鎖が、実施例２
の希釈担体を用いた場合にも観察された。Ｃの計算値は
約１／３であった。磁化パターンは方形に近く、磁極面
上であり得ると考えられた磁界勾配よりも小さいもので
あった。ビーズ磁化が著しく減少したために、単独でビ
ーズ鎖の形成を防止するには磁化が不十分であった。

【００３７】実施例８：実施例２の担体と従来形の絶縁
性トナーを用いて現像剤を作製した。前記絶縁性トナー
は、ポリエステル樹脂、シアン顔料、および表面積の小
さいシリカと酸化チタンからなる流動補助剤を含む。前
記トナーは、粒子径が平均で７μであり、現像剤中に存
在している時は現像剤ビーズ上に約１／２単分子層のト
ナー層が被覆されていた。瓶中で振ることによってトナ
ーを担体ビーズに対して（負に）帯電させ、該ビーズに
万遍なく付着させた。メタライズされたマイラフォイル
を実施例１の磁石構造上に金属面を上にして置き、この
上に約二層の単分子層の厚みに相当するダイムサイズ領
域の上記現像剤を置いた。さらに前記現像剤表面上にＩ
ＴＯが成膜されたガラス片を、導電性面を下にして置
き、端部に０．０１０インチの絶縁性スペーサを配置し
た。現像剤はＩＴＯ面に接触していなかった。高電圧電
源を下部のメタライズ層と上部ＩＴＯ層との間に接続し
た。このように、メタライズされたマイラがシェル１０
０を模擬し、ＩＴＯが成膜されたガラスが感光体１２を
模擬した機構によって現像ゾーン１４１のシミュレーシ
ョンを行った。

【００３８】第一の実験では、前記構造体に電圧を印加
せずに、前記磁石構造の磁極を横切る方向にマイラフォ
イルを手動で動かした。この場合、ガラス上へのトナー
付着は全く見られなかった。

【００３９】第二の実験では、前記マイラフォイルを動
かさずに、５００Ｖの直流電圧を前記サンドイッチ構造
体に印加した。この場合もガラス上へのトナー付着は全
く観察されなかった。

【００４０】第三の実験では、５００Ｖの直流電圧を前
記サンドイッチ構造体に印加して前記マイラフォイルを
前述と同様に動かした。約１／４インチ以内の移動でガ
ラス面がトナーで覆われた。トナーは前記０．０１０イ
ンチの隙間の両端に現れていた。次に該構造体を分解し
て、現像剤の評価を行った。現像剤の色は担体の色であ
る黒色に変化しており、顕微鏡観察の結果から大部分の
トナーが剥離していることがわかった。

【００４１】したがって、ビーズ鎖を動かすことは粉末
雲の形成に対して本質的に効果的でない。本発明による
個々のビーズの回転動作は効果的である。

【００４２】＜付記＞本付記の目的は静磁場エネルギの
変化を見積もることであり、この変化は、ビーズ２０２
が図６に示した密に充填された平面状の状態から動いて
図７に示した最短の鎖を形成する時のものである。本付
録で用いる静磁界手法は公知のものであり、例えば、１
９６２年にＪｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ
（ニューヨーク）から刊行されたＪ．Ｄ．Ｊａｃｋｓｏ
ｎ著「古典電気力学」に例がある。以下の単純化した仮
定を設ける、すなわち、形状は図７に示したように平坦
とすること、ビード間の相互作用は最近接のもののみを
考慮すればよいこと、ビーズは一様に磁化した球（すな
わち純粋双極子）とみなすこと、およびビーズの磁化モ
ーメントは常にドライブ磁界ラインに沿って配向するこ
と、等である。最後の仮定が合理的である理由は、ビー
ズモーメントが急激に減少しない限り、ドライブ磁石１
２０の磁界ラインから離れた位置の磁気モーメントを回
転させるには莫大なエネルギを要するためである。

【００４３】ビーズ間の相互作用は双極子間の相互作用
に等しい。ビーズ間の相互作用に基づくエネルギ変化に
ついては後に詳しく述べる。双極子対間のポテンシャル
エネルギは次式で表される。

【００４４】すなわち、

【数２】 式中、ｒはビーズ中心間の距離、ｒ（ハット）はビーズ
中心間のユニットベクトル、μ（バー）はビーズの磁気
双極子モーメントとする。

【００４５】ビーズはドライブ磁界に沿って配列するた
め、各ビーズの双極子は局部的には相互に平行である。
このため前式は次のように単純化できる。

【００４６】すなわち、

【数３】Ｕ＝μ²／ｒ³（１−３ｃｏｓ³θ） 式中、角度θはビーズ中心間の線と図７に示したモーメ
ント方向との間の角度である。

【００４７】図６を参照すると、状態Ｉではビーズ２０
２は六つの等価な最近接ビーズに囲まれており、ビーズ
中心間の距離は２ａである（ａはビーズの半径）。した
がって状態Ｉにおけるビーズ間の相互作用のポテンシャ
ルエネルギは次式で表される。

【００４８】すなわち、

【数４】Ｕ_BI＝６・１／（２ａ）³・（μ²−３・３・
０）＝３μ²／４ａ³ 図７を参照すると、状態IIではビーズ２０２は三つの等
価な最近接ビーズ上で該三つのビーズに向かって詰め込
まれた状態にある。したがって状態IIにおけるビーズ間
の相互作用のポテンシャルエネルギは次式で表される。

【００４９】すなわち、

【数５】 Ｕ_BII＝３・μ²／（２ａ）²・（１−３ｃｏｓ²θ） ｃｏｓ²θ＝２／３であるため、

【数６】Ｕ_BII＝−３／８・μ²／ａ³ 上記結果を組み合わせることによって双極子間のエネル
ギΔＵが得られる。

【００５０】すなわち、

【数７】Ｕ_BII−Ｕ_BI＝(−３／８・μ²／ａ³ )−３／４
・μ²／ａ³＝−９／８・μ²／ａ³ ＝−３π／２・μＭ_b 最終ステップでは、一様に磁化された球の磁気双極子モ
ーメントについての従来公知の等量（磁化×体積）を用
いる。この等量の項は負であり、このことは先行技術の
磁気ブラシ式システムにおけるビーズ鎖の形成を支配的
にするものである。

【００５１】ドライブ磁石１２０の磁界および磁界勾配
の計算：図６にドライブ磁石１２０および特に以下の計
算に用いる座標軸３００を示す。磁石材は磁極と軸受け
の界面に向かって垂直に磁化されると仮定し、該磁化を
次式で表す。

【００５２】すなわち、

【数８】 式中、ｋは２π／λ、λは磁極間隔の２倍で表される数
とする。

【００５３】磁界の算出はポテンシャル理論における標
準的な問題である。前記界面以外には磁極密度はない。
このため、該界面以外のあらゆる箇所において、磁界Ｈ
は次式で表すようにポテンシャルφから導出される。

【００５４】すなわち、

【数９】▽²φ＝０ Ｈ_x＝−∂φ／∂ｘ Ｈ_y＝−∂φ／∂ｙ 境界条件として、第一に解は無限大でも成立する、およ
び第二に磁石の界面でφとＢの垂直成分の両方が連続し
ているものとする。前式の置換により次式で示す解が得
られる。

【００５５】すなわち、

【数１０】 φ＝２πＭ_o／ｋ・ｅ^-kyｃｏｓ（ｋｘ） ｙ≧０ φ＝２πＭ_o／ｋ・ｅ^+kyｃｏｓ（ｋｘ） ｙ≦０ 故に、

【数１１】 Ｈ_x＝−∂φ／∂ｘ＝２πＭ_oｅ^-kyｓｉｎ（ｋｘ） Ｈ_y＝−∂φ／∂ｙ＝２πＭ_oｅ^-kyｃｏｓ（ｋｘ） ｙ≧０ 本問題は線形問題であるため、得られる解は一つに特定
される。界面の諸条件は満たされている。

【００５６】言うまでもなくより高次の任意の周期的な
ロールの磁化パターンを用いてフーリエ解を導くことが
できる。ただし重要な項は基底項であり、この理由は、
基底項での磁化パターンがドライブロール上方の最遠方
に達するためである。好適な磁化の形は正弦波である。

【００５７】ビーズとドライブ磁界との相互作用に基づ
くエネルギ変化：前記磁界Ｈの解、並びに、

【数１２】 であることから、この磁界に対して整列した、強度μの
磁気双極子のポテンシャルエネルギは次式で表される。

【００５８】すなわち、

【数１３】Ｕ＝−μ｜Ｈ｜＝−２πμＭ_oｅ^-ky 式中、ｙはビーズ２０２の中心から磁石１２０の表面ま
での距離とする。

【００５９】状態IIと状態Ｉとの間のエネルギ変化は、
ビーズ２０２の位置の変化に基づくもので、まさしく上
式に従ったものである。ビーズ２０２の上向の変位は２
ａよりわずかに少なく、簡単な幾何学および図７を用い
て算出することができる。

【００６０】すなわち、

【数１４】Ｕ_DII−Ｕ_DI＝−２πμＭ_oｅ^-k(t+2.63a)＋
２πμＭ_oｅ^-k(t+a) ＝２πμＭ_oｅ^-k(t+a)（ｅ^-1.63ka−１） ≒２πμＭ_oｅ^-kt（１−１．６３ｋａ＋．．．−１） したがってビーズとドライブ磁界との相互作用に基づく
エネルギ変化は最終的に次式で表される。

【００６１】すなわち、

【数１５】 Ｕ_DII−Ｕ_DI≒２πμＭ_oｅ^-kt（１．６３ｋａ） 上記解の符号は正であり、これによりビーズ２０２が磁
界勾配に逆らって上方に持ち上げられる。

【００６２】ビーズ間およびビーズとドライブ磁界間の
相互作用の両方に基づくエネルギ変化を加算することに
よって次式が得られる。

【００６３】すなわち、

【数１６】Ｕ_II−Ｕ_I＝−３π／２・μＭ_b＋３．２６π
μＭ_oｅ^-ktｋａ ＝μ｛−３π／２・Ｍ_b＋３．２６πＭ_oｅ^-ktｋａ｝ μがゼロでないと仮定して、曲がり括弧の項が正であれ
ば、すなわち次式で定義したパラメータＣが１よりも大
きい場合にＵ_II＞Ｕ_Iである。

【００６４】すなわち、

【数１７】 Ｃ≡３．２６πＭ_oｅ^-ktｋａ／（３π／２・Ｍ_b）≧１ 故に、

【数１８】Ｃ＝２．２（Ｍ_o／Ｍ_b）ｅ^-ktｋａ≧１ 以上がビーズ鎖の形成を抑制するための判断基準であ
る。

【００６５】以上示した具合に、実質的にビーズ鎖をも
たない永久磁化された担体を含む現像剤層を作製するこ
とができる。前記現像剤層中のビーズは密に充填されて
液状に近い状態になっており、個々に回転し得る。これ
により、現像電極をより接近させて配置でき、かつ現像
剤マッスをより濃密化できるという効果がある。明らか
に、前述の実施例およびパラメータＣの計算は、共に必
然的に近似的なものである。磁化パターンは方形であっ
て正弦波形ではないがＣの算出は好適な正弦波形の磁化
パターンについて行った。ビーズの寸法と形状にはばら
つきがあった。またビーズはバルク状態で磁化されるた
め、各ビーズは完全には均一に磁化されない。したがっ
て、本発明の特質とされる点は、Ｃの値が約１／１００
という先行技術の値に対して顕著にかけ離れていること
であり、このことが装置の質的な相違を特徴付けてい
る。また、特定のドライブ磁石の磁化パターンを選択し
て簡明な例証を行ったが、実質的に同じ外部磁界を生じ
るあらゆる磁化パターンが同様の機能をもち、それらは
全て本発明に包含されることは明らかである。

【００６６】好適な一実施形態を参照して発明の詳細な
説明を行ったが、本明細書の記載および添付した特許請
求の範囲で規定された内容による本発明の範囲内での種
々の変形や修正が可能であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 先行技術の現像システムの部分側面図であ
る。

【図２】 図１の側面図の要部拡大図である。

【図３】 本発明の非相互作用的な現像剤機構を組み込
んだ四色電子写真複写機の断面の側面図である。

【図４】 回転式管状スリーブ形状をした、図３に示し
た現像剤機構の拡大側面図である。

【図５】 図４に示した現像剤機構の現像ゾーンの拡大
図である。

【図６】 図５の拡大図の拡大断面図であって、静磁場
ポテンシャルエネルギＵ_Iに対応する特定形状の現像剤
ビーズを示す拡大断面図である。

【図７】 図５の拡大図の拡大断面図であって、静磁場
ポテンシャルエネルギＵ_IIに対応する別の形状の現像剤
ビーズを示す拡大断面図である。

【図８】 １ｍｍの磁極間隔をもつ平形多極磁石構造の
断面模式図である。

【図９】 現像剤機構から取り外した状態の磁気ブラシ
材の拡大図である。

【図１０】 磁気ブラシ材の拡大断面図である。

【符号の説明】

１２ 感光体、１４ 光導電性表面、２６ 現像剤機
構、２８ 現像ステーション、６５ 現像剤ケース、８
０ 現像用部材、１００ スリーブ、１２０ 駆動用磁
石、１３０ 現像剤層、４００ 磁石機構。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像剤材料を用いて潜像の現像を行う現
   像システムであって、 前記現像剤材料を収納するケースと、 前記現像剤材料を前記ケースから前記潜像に移送する磁
   気ロールであって、前記磁気ロールは磁石芯と前記磁石
   芯を封入してその周囲を回転する筒状スリーブを含み、
   前記スリーブは０．００１〜０．００６インチの厚さを
   有する磁気ロールと、 を含むことを特徴とする現像システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の現像システムにおいて、
   さらに、 前記スリーブの内面の実質的な部分と接触した筒状の軸
   受け面を含み、 該軸受け面は前記スリーブの相対的回転を可能にすると
   共に、前記スリーブを均一に支持して強度を付与するも
   のであることを特徴とする現像システム。
3. 【請求項３】 非相互作用的な静電潜像の乾式粉末現像
   装置であって、 静電潜像を保持する潜像保持部材と、 現像剤材料を収納するケースと、 前記現像剤材料を前記ケースから前記潜像に移送する磁
   気ロールであって、前記磁気ロールは磁石芯と前記磁石
   芯を封入してその周囲を回転する筒状スリーブを含み、
   前記スリーブは０．００１〜０．００６インチの厚さを
   有する磁気ロールと、 を含むことを特徴とする乾式粉末現像装置。