JPH11258915A - 非相互作用的な静電潜像現像装置および現像剤を現像剤ロ―ル上に形成する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理速度が早くて効率的かつ画像欠陥の生じ
ない静電潜像の非相互作用的な乾式粉末現像システムの
提供が必要とされる。 【解決手段】 現像装置の磁石機構４００とその周囲を
近接して取り囲む回転式スリーブ１００とは共通軸の周
りを相互に回転する。磁石機構は、空間周波数（ｋ）の
所定の周期的磁化と所定のピーク磁化（Ｍ_o）を有し、
スリーブに対して相対的に動くことによって、磁極がス
リーブ表面を横切る方向に掃引する。これにより現像剤
にトナーと共に含まれる平均粒径（２ａ）及び磁化（Ｍ
_b）を有する永久磁化された担体ビーズが振動し、好適
なトナー粉末雲を効率的に生成する。ビーズが鎖を形成
しないように構成することにより、潜像を保持する感光
体１２とスリーブ１００との距離を近づけることができ
画像欠陥が抑制される。

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】この出願は、参考資料の同時譲渡された
特許出願Ｄ／９７４３５号、名称「非相互作用的な電子
写真現像装置および方法」と併願されたものである。

【０００３】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、該潜像の現像が行われ、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。

【０００４】現像には相互作用的と非相互作用的との二
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（ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇ）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−ｉｍａｇｅ）非相互作用的な現
像法に関する。

【０００５】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（０．２５ミリメートル）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、潜像電荷からの電界ラインは、粉末
雲を通過して現像電極に到達する代わりに、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、前記アーチ内側へ電界ラインを横切ることができな
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４，２９２，３８７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。

【０００６】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。現像電極および電界構造の
決定における現像電極の役割については、例えば１９６
５年にＦｏｃａｌ Ｐｒｅｓｓから刊行されたＤｅｓｓ
ａｕｅｒおよびＣｌａｒｋ編「電子写真とその関連技
術」中にＨ．Ｅ．Ｊ．Ｎｅｕｇｅｂａｕｅｒによる記述
がある。粉末雲式現像法については、１９７２年にＷａ
ｌｔｅｒ ｄｅ Ｇｒｕｙｔｅｒ（ベルリン）から刊行
されたＢｅｒｇおよびＨａｕｆｆｅ編「電子写真におけ
る当面の問題」中のＲ．Ｂ．ＬｅｗｉｓおよびＨ．Ｍ．
Ｓｔａｒｋ著の論文「高感度電子写真現像法」に記載例
がある。

【０００７】Ｈａｙｓ他発明による米国特許第４，８６
８，６００号に開示された非相互作用的な現像システム
では、トナーは先ず二成分系の現像剤中から金属芯をも
つドナーロール上に展開され、この後ドナーロールと静
電潜像間の狭い隙間内で攪乱されて粉末雲状にされる。
ドナーロールの芯と静電潜像間に生成した現像電界（ｄ
ｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｆｉｅｌｄｓ）によって、若干
のトナーが前記雲から静電潜像上に捕獲され、その結果
物理的にトナーが攪乱されることなく現像が行われる。
この方法では、粉末雲の発生は交流電圧をバイアスされ
た細線を用いて行われ、該細線は前記現像用隙間内で処
理方向と直角に張られる。前記細線はトナー層上に張ら
れてドナーロール芯に対してバイアス電位を印加され
る。この方法には断線および細線の動きに基づく画像欠
陥が発生する可能性があり、これら欠陥等は印刷幅が広
くなる程増加する。このシステムにおいては、ドナーロ
ールと静電潜像表面間の隙間を極小化して密接した現像
電極を形成することが画像欠陥の減少に対して重要であ
ることが明らかにされている。約０．０１０インチ
（０．２５ミリメートル）という隙間間隔に特徴があ
る。必然的に生じる公差の維持が実用上必要である場合
は、該公差はより小さくされる。

【０００８】Ｈａｎｅｄａ他発明による米国特許第４，
５５７，９９２号記載の非相互作用的な磁気ブラシ式現
像法では、軟磁性担体材料を含んだ二成分系現像剤が静
電潜像の極近傍に供給され、この現像剤が動くことによ
り粉末雲が生成する。前記現像剤の動きは、前記ブラシ
と静電潜像のアース面との間の隙間を横切る方向に印加
された交流電圧を適宜補助手段に用いて生起される。粉
末雲は二成分系現像剤の表面から直接生成するため、細
線に起因する問題は回避できる。しかしながら、実用上
はこの方法ではトナー雲の生成速度が遅いために処理速
度に限界があった。

【０００９】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れて機能する。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
転によって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Ｅａｓｔ
ｍａｎ Ｋｏｄａｋ社に譲渡されたもので本明細書の参
考文献である。

【００１０】しかしながら明らかに、米国特許第５，４
０９，７９１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（０．
７６〜１．３ミリメートル）であるのに対し、米国特許
第４，８６８，６００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０．０１０インチ（０．２５ミリメートル）まで狭め
られる。米国特許第５，４０９，７９１号による装置で
は、現像剤供給の抑制による現像剤のかさの高さの低減
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。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】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、処
理速度が早くて効率的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。

【００１２】

【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（０．２５ミリメートル）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。

【００１３】本発明により提供される非相互作用的な静
電潜像の乾式粉末現像装置は、静電潜像を保持する潜像
保持部材、トナーと永久磁化された担体ビーズを含む二
成分系現像剤であって、前記担体は所定の平均粒径（２
ａ）と磁化（Ｍ_b）をもつものである二成分系現像剤、
所定の厚さ（ｔ）をもつ現像剤移送部材であって、該部
材は前記二成分系現像剤からなる現像剤層を移送し、前
記現像剤層は前記潜像保持部材と接触はしない状態で近
接した位置にあり、さらに前記現像剤層は実質的に担体
ビーズ鎖を含まないものである現像剤移送部材、および
前記移送用部材の後部のごく近傍に配置された多極磁石
材であって、該磁石材は前記移送部材に対して相対的に
動いて該移送部材表面を横切る方向に磁極を掃引し、さ
らに該磁石材は空間周波数（ｋ）の所定の周期的磁化と
所定のピーク磁化（Ｍ_o）を有するものである磁石材を
含む。

【００１４】また本発明は、実質的に濃縮された現像剤
ブランケットを現像剤ロール上に形成する方法をも提供
する。前記方法は、磁性をもつ現像剤構成体を構成する
ステップであって、前記磁性をもつ構成体は空間周波数
（ｋ）の所定の周期的磁化と所定のピーク磁化（Ｍ_o）
をもつものであるステップと、前記磁性をもつ現像剤構
成体を所定の厚さ（ｔ）のスリーブで封入して前記現像
剤ロールを形成するステップと、前記現像剤ロールを単
一の現像剤層で被覆するステップであって、該現像剤層
はトナーと永久磁化された担体ビーズを含む二成分系現
像剤からなり、前記担体が所定の平均粒径（２ａ）と磁
化（Ｍ_b）を有することで前記現像剤層が実質的に担体
ビーズ鎖を含まないようにするものであるステップ、お
よび前記磁性をもつ構成体を構成するステップの前に、
前記所定の厚さ（ｔ）、前記空間周波数（ｋ）の所定の
周期的磁化、及び前記所定のピーク磁化（Ｍ_o）を選択
して次の関係を満たすようにするステップであって、Ｍ
_b、ｔ、ｋおよびＭ_oに課される条件である、Ｍ_bが十分
に大きくて前記現像剤の散逸を防ぎ得るように選択さ
れ、さらに、 ２．２（Ｍ_o／Ｍ_b）ｅ^-ktｋａ で表される量が約１／３よりも大きくなるという条件を
満たすようにするステップを含む。

【００１５】

【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、このフレームに複数
の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１
２は光導電性表面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１６，１
８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において
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（ｃｏｒｏｔｒｏｎ）２
２、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が色分離された形態の文書を表
すパターンで露光され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、およびトナー転写お
よび除去用コロトロン（図示せず）であって、該コロト
ロンは複写シート３２などの適当な複写基材への現像画
像の転写を助長し、前記複写シートが転写機構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
せて前方に送給されるものであるトナー転写および除去
用コロトロンがある。次の画像形成サイクルの前処理と
して、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。

【００１６】図４は、図３に示した現像剤機構の拡大側
面図である。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。

【００１７】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。

【００１８】図４は、図３に示した現像剤機構の拡大側
面図である。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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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
（０．２５ミリメートル）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は永久ドライブ磁石（ｄｒｉｖｅ
ｍａｇｎｅｔ）１２０からなる外周層を含み、磁石１
２０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
段によって現像剤ケース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。

【００２２】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（０．０３〜０．２ミリ
メートル）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にぴっ
たりと沿わされる。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は、磁石機構４００の周りを
回転する際に、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。

【００２３】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。

【００２４】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
ビーズ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。

【００２５】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、付録中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。

【００２６】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。Ｕ_II＞Ｕ_Iのエネルギ条件はＣ≧１
の場合に生じる。

【００２７】明らかにＣ≧１という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はおよそ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はおよそ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り、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。

【００２８】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。

【００２９】以降の実施例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。

【００３０】

【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（ｆｌａｔ ｖｅｒｓ
ｉｏｎ）のものである。

【００３１】実施例２：重量比で約５０％のスチレン−
ｎ−ブチルメタクリレート重合体と、約２０％のＣｏｎ
ｄｕｃｔｅｘＳＣ ウルトラカーボンブラック、および
約３０％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。

【００３２】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。

【００３３】実施例３：実施例１の磁石構造上に約０．
００４インチ（０．１ミリメートル）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（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇ
ｙ）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、担体の集団は簡単に
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
の集団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。

【００３４】実施例４：ほぼ単分子層の担体で覆われた
約０．０１６インチ（０．４１ミリメートル）厚さのカ
ードストック(ｃａｒｄｓｔｏｃｋ）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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】

【表１】

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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７μｍ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
（ｄｉｍｅｓｉｚｅｄ）領域の上記現像剤を置いた。さ
らに前記現像剤表面上にＩＴＯ（インジウムと錫の複合
酸化物）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（０．２５ミリメート
ル）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１００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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】第三の実験では、５００Ｖの直流電圧を前
記サンドイ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（６．４ミリ
メートル）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（０．２５ミリメート
ル）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。

【００４４】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。

【００４５】《付録》本付録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、ビーズ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。

【００４６】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。すなわち、

【数１】

【００４７】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。すなわち、

【数２】 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。

【００４８】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。すなわち、

【数３】

【００４９】図７を参照すると、状態IIではビーズ２０
２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。すなわち、

【数４】 ここで式変形において、ｃｏｓ²θ＝２／３であること
を利用している。

【００５０】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。すなわち、

【数５】

【００５１】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
形成を支配的するものである。

【００５２】［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。すなわち、

【数６】 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。す
なわち、

【数７】

【００５４】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。すなわち、

【数８】 故に、

【数９】

【００５５】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１０】 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。
すなわち、

【数１１】 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。

【００５８】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。すなわち、

【数１２】

【００５９】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。
すなわち、

【数１３】 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。

【００６０】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。すなわち、

【数１４】

【００６１】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。すなわち、

【数１５】 故に、

【数１６】 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。

【００６２】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
剤の集団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。

【００６３】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ＵＩ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ＵII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、２４ 露光ステー
ション、２６ 現像剤機構、２８ 現像ステーション、
６５ 現像剤ケース、８０ 現像用部材、１００ スリ
ーブ、１２０ ドライブ磁石、１３０ 現像剤層、１４
１ 現像ゾーン、４００ 磁石機構。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像を非相互作用的に乾式粉末現像
   する静電潜像現像装置であって、 静電潜像を保持する潜像保持部材と、 トナーと永久磁化され所定の平均粒径（２ａ）と磁化
   （Ｍ_b）とを有する担体ビーズとを含む二成分系現像剤
   を収納するケースと、 前記ケース内に配置され所定の厚さ（ｔ）を有し、前記
   潜像保持部材に非接触かつ近接した位置に前記二成分系
   現像剤からなる現像剤層を移送する現像剤移送部材と、 空間周波数（ｋ）の所定の周期的磁化と所定のピーク磁
   化（Ｍ_o）とを有し、前記移送部材の背後に近接して配
   置され、前記移送部材に対して相対的に動くことによっ
   て磁極を前記移送部材表面を横切る方向に掃引させる多
   極磁石材と、 を含み、 前記現像剤層は、前記担体ビーズの鎖の発生を抑制され
   ること、 を特徴とする静電潜像現像装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の静電潜像現像装置におい
   て、 前記パラメータａ，Ｍ_b，ｔ，ｋ及びＭ_oの値は、Ｍ_bが
   前記現像剤の散逸を防ぎ得るように十分大きな値であ
   り、かつ次式、 ２．２（Ｍ_o／Ｍ_b）ｅ^-ktｋａ で表される指標値が実質的に１／３より大きくなるとい
   う条件を満たすように選択されることを特徴とする静電
   潜像現像装置。
3. 【請求項３】 実質的に濃縮された現像剤層を現像剤ロ
   ール上に形成する方法であって、 空間周波数（ｋ）の所定の周期的磁化と所定のピーク磁
   化（Ｍ_o）とを有する現像構成体を構成するステップ
   と、 前記磁性をもつ現像構成体を所定の厚さ（ｔ）のスリー
   ブで封入して前記現像剤ロールを形成するステップと、 トナーと永久磁化され所定の平均粒径（２ａ）及び磁化
   （Ｍ_b）を有する担体ビーズとを含む二成分系現像剤か
   らなる現像剤層で前記現像剤ロールを被覆するステップ
   であって、前記磁化（Ｍ_b）は前記現像剤層が実質的に
   前記担体ビーズの鎖を生じないものとされたステップ
   と、 前記現像構成体を構成するステップの前に、Ｍ_b，ｔ，
   ｋ及びＭ_oに課される条件である、Ｍ_bが前記現像剤の散
   逸を防ぎ得るように十分に大きな値であり、かつ次式、 ２．２（Ｍ_o／Ｍ_b）ｅ^-ktｋａ で表される指標値が実質的に１／３より大きくなるとい
   う条件を満たすように、ｔ，ｋ及びＭ_oの値を選択する
   ステップと、 を含むことを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の現像剤層を現像剤ロール
   上に形成する方法において、前記指標値が１よりも大き
   いことを特徴とする方法。
5. 【請求項５】 静電潜像を非相互作用的に乾式粉末現像
   する静電潜像現像装置であって、 静電潜像を保持する潜像保持部材と、 トナーと永久磁化された担体ビーズを含む二成分系現像
   剤を収納するケースと、 前記ケース内に配置され、前記潜像保持部材に非接触か
   つ近接した位置に前記二成分系現像剤からなる現像剤層
   を移送する現像剤移送部材と、 前記移送用部材の背後に近接して配置され、前記移送部
   材に対して相対的に動くことによって前記移送部材表面
   を横切る方向に磁極を掃引させる多極磁石材と、 を含み、 前記多極磁石材は０．５〜２ｍｍの磁極間隔を有するこ
   と、 を特徴とする静電潜像現像装置。