JPS6014263A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、静電潜像を現像する新規なる現像装置に関す
るものである。

本出願人は先に特開昭５４−１８６５６号〜１８６５９
号公報において新規な現像方法を開示した。これは、内
部に磁石を有する円筒状の現像剤支持部材上に絶縁性磁
性トナーを均一に塗布し、これを潜像保持部材に接触さ
せる事なく対向せしめて現像するものである０この時、
現像剤支持部材と、潜像保持部材の基盤導体との間に交
番電圧を印加し、トナーを現像剤支持部材と潜像保持部
材の間で往復運動させることにより地力ブリのない、か
つ階調性の再現にすぐれ、画像端部の細りのない良好な
現像を行う事ができる。

この現像方法ではトナーは絶縁性であるため転写が容易
である。又、現像装置がきわめて簡単で、安価であると
いうものである。

しかしながら、この現像方法においては、磁性を有する
トナーを用いなければならないことから次のような欠点
を有していた。磁性トナーは一般に黒色の磁性体粉をふ
くむため、黒色以外の色のトナーを作る事は困難である
。又磁性体粉をふくむ事によりトナー像を、熱定着器、
圧力定着器等により定着する時定着性が劣り、画像が荒
びる。

磁性を有しない非磁性トナーを現像剤支持部材に塗付し
、これを静電像保持部材に対向させて現像する方法は古
くから知られている。しかし、これは現像剤支持部材に
トナーを均一に塗付する事が困難である。たとえば現像
剤支持部材上に非磁性トナーを供給し、これを摩擦帯電
部材によって摺擦帯電して、支持部材上に塗布するが、
摩擦帯電部材と現像剤支持部材との間でトナーが凝集し
、スジ・ムラが発生して画質のよくない画像となる。又
静電像がきわめて高い電位を有しなければ現像が困難で
ある事や、現像像の画像の画質が劣る事等々の欠点のた
め、この非磁性トナーによる現像は実用に供されるに至
っていない。

一成分現像方式のこの様な欠点のため、従来、殊にカラ
ートナーを用いて現像する場合等には、トナーとキャリ
アを混合した２成分現像剤を用いる方法が一般的である
。ところが、２成分現像方式はキャリアの劣化が有る事
、トナーとキャリアを一定の比本に保たなければならず
、その制御が困難である事、現像装置が大型かつ複雑で
ある事等の欠点を有している。

本発明は、従来の現像装置の前述のごとき欠点を解消し
、新規なる現像装置を提供することを目的とする。

本発明の現像装置は、絶縁性のトナーと導電性及び磁性
を有する微小な粉体を混合し、これを背面に磁石を有す
る現像剤支持部材上に塗布し、磁石の磁極と磁極との間
に配設した現像領域で潜像保持部材に接触させる事なく
対向せしめ、現像剤支持部材と潜像保持部材の間に交番
電圧を印加する事により現像するものである。

導電性及び磁性を有する粉体としては、酸化鉄粉等が使
用可能であるが、磁性体と樹脂を溶融混合し粉砕し、カ
ーボン等で導電処理した公知の導電性磁性トナーと同様
のものも適用可能である。現像剤は磁性粉体である少量
のキャリアを含むが、これはわずかの消費もしくはほと
んど消費される事がなく劣化もない。又、トナーとキャ
リアの混合比の許容範囲は広い。

現像剤支持部材に現像剤を塗布する方法としては、例え
ば特開昭５４−４３０３７号公報記載のごとく、現像剤
支持部材に内装された磁界発生手段の磁極に対向１−で
磁性体のブレードを配置し、磁気カットによりブレード
と支持部材との間隙よりも薄い現像剤層を形成すること
が可能である。勿論非磁性体のブレードにより薄い現像
剤層を形成してもよい。

塗布された現像剤層はきわめて薄り、トナーが現像剤支
持部材、ブレード等と直接接する機会が多い。そのため
トナーへのトリボ電荷はキャリア粉の摩擦帯電特性のみ
によって決まるものではない。トナー自体がすぐれた摩
擦帯電特性を有していれば良好な画像が得られる。従っ
て通常の２成分現像方式に見られるようなキャリアの劣
化にともなう画質の低下はｌ’ｔとんど無い０ 現像剤は、トナーとキャリアが混在されたままの状態で
現像領域まで搬送され、該領域で潜像保持部材に対向す
る。ここで潜像の静電気力及び現像剤支持部材と＃（＃
保持部材の間に印加された交番電圧により、現像剤もし
くは少なくともトナーが潜像保持部材へと飛び移シ、交
番電圧に応じて往復運動する。この現像領域ではキャリ
ア粒子の抵抗が低い場合、該粒子による潜像保持部材上
の潜像の除電及び該領域間隙での間隙放電が発生しやす
くなる。このことは特に低気圧状態において顕著となる
。従って良好な画質が得られなくなる。このため、現像
領域ではキャリア・ブラシが形成する穂を該間隙間で起
立させないことが必要である。

以下第１図及び第２図を例にとってこの現像剤の往復運
動の原理について説明する。図において、下段には現像
剤支持部材（以下トナー担持体とも言う）に印加する電
圧波形が示され、ここでは矩形波となっているが、後述
するようにこれに限るものではない。時間間隔ｔ、で大
きさＶｍｉｎの負の極性のバイアス電圧が印加され、ま
た時間間隔ｔ、では大きさＶｍａＸ　の正の極性のバイ
アス電圧が印加される。ｖＩｎ　Ｉ　ｎ　ｔ　Ｖｒｎａ
　Ｘ　の大きさは、像面に形成されている画像部電荷が
正で、これを負に帯電したトナーで現像する場合は画僧
部電位をｖＤ１非画像部電位をｖＬとするとき、 Ｖｍｉｎ　＜　Ｖｒ、　＜　ＶＤ　＜　Ｖｍａｘ　−−
−（１）を満足するように選ぶ。このように選べば、時
間間隔ｔ、ではバイアス電圧Ｖｍｉｎは静電潜像保持体
の画像部及び非画像部へのトナーの付着を促進する傾向
にバイアス電界を与えるように作用するので、これをト
ナー転移段階と呼ぶ。また時間間隔ｔ、ではバイアス電
圧ＶｍａＸは時間間隔ｔ１において潜像保持面へ転移し
たトナーを逆にトナー担持体へ戻す傾向にバイアス電界
を与えるように作用するので、これをトナー逆転移段階
と呼ぶ。

第１　図に於ｆｆ　ルＶｔｈ、ｆ　、　Ｖｔ１１．ｒ　
は、それぞれトナー担持体から潜像面へまた潜像面から
トナー担持体へトナーが転移するための電位閾値であ、
す、図に示された曲線の立ち上がりの最も傾きの大きい
点より、直線で外挿した電位値と考える。第１図上段に
は、ｔＩにおけるトナー転移量とｔ、におけるトナー逆
転移度が潜像電位に対してモデル的にプロットされてい
る。

トナー転移段階における、トナー担持体から静電像保持
体へのトナー転移量は、第１図に破線で示したカーブｌ
の如くになる。この曲線の傾きは、バイアス交互電圧を
印加しない場合の曲線の傾きにほぼ等しいものである。

この傾きは犬きぐ、しかもＶＬとＶＤとの中間の値で、
トナー転移量は飽和してしまう傾向にあり、従って中間
調画像の再現に劣り、階調性は悪い。第１図に示した第
２の破線のカーブ２は、トナー逆転塵の確率を表わした
ものである。

本発明に係る現像装置においては、このようなトナー転
移段階と、トナー逆転移段階とが、交互に繰シ返される
ように交番する電界を与え、その交番電界のトナー転移
段階のバイアス位相ｔ８では、トナー担持体からトナー
を静電潜像保持体の非画像部にまでもあえて一旦到達さ
せ（勿論画像部にも到達させる）、明部電位（ＶＬ　）
に近い低い電位をもつ中間調の電位部分にも充分にトナ
ーを付着させて階調性を向上させるようにし、次いで、
トナー逆転移段階のバイ“アス位相（ｔ、）では、上記
トナー転移方向と逆方向にバイアスを作用させて、上述
のように非画像部にも到達しているトナーをもとのトナ
ー担持体側へ復帰させるものである。このトナー逆転移
段階では、後述するように、非画像部に本来像電位を実
質的に有しないから、逆極性のバイアス電界が印加され
ると、上述のように非画像部に到達しているトナーは直
ちに該非画像部から離れてトナー担持体へ復帰する傾向
をもつ。他方中間調域を含む画像部に一旦付着したトナ
ーは、該画儂部電荷に吸引されているから、この吸引力
と逆方向に上述の如く逆バイアスが印加されても、実際
に該画像部を離れてトナー担持体側へ復帰する量は少い
。このように相互に極性の異なるバイアス電界を好まし
い振幅と周波数で交番させることにより、上記のトナー
の転移と逆転移が多数回、現像位置で繰返される。

こうして潜像面に転移するトナー転移量を静電像の電位
に忠実な転移量とできる。即ちトナー転移量を第１図に
カーブ３として示した通シ、傾きの小さい、且つＶＬか
らＶＤにかけてほぼ一様なトナー転移量変化を来たす現
象を得ることが出来たものである。従って、非画像部に
おいては、最終的にトナーの付着は実用上皆無に近く、
他方中間調画像部分へのトナーの付着は、その表面電位
如則し九階訓性の極めて高い優れた顕画像が得られる。

そして、この傾向は、静電潜像保持体とトナー相持体の
間隙が現像過程の終期に向って大となるよう設定して、
現像間隙における上述の電界の強度を減じ、収束させる
ことによって一層顕著になる。

本発明に係るこのような現像過程の一例を第２図に示す
。第２図（５）、＠に示されるように、静電像保持体４
は矢印方向に移動し、この間に現像領域■、■を通過し
、■に至る。５＃−１：トナー担持体である。従って静
電像保持面と、トナー担持体は現像部において最近接位
置から、次第にその間隙を広げていく。同図（ト）は静
電僧保特休の画像部、同（＃３）は非画像部におけるト
ナー相持体からの転移、逆転移の電界を示す。又、同図
（Ｑは、トナー担持体に印加される交互電圧の波形を示
し、静電像電荷が正の場合、ｌＶｍａｘＶＬ　ｌ　＞　
ｌ　ＶＬ　Ｖｍｉｎ　ｌ、ｌ　ＶｍＢｘ−ＶＤ　ｌ　＜
　ｌ　Ｖｏ−Ｖｍｉｎ　Ｉ・・・・・・（２）と設定さ
れている。

領域■で現像における第１の過程が、又領域■で第２の
過程が生じている。第２図（Ａ）に示した画像部の場合
、領域（０では、交互電界の位相に応じてトナーの転移
、逆転移の両方が交互におこっている。現像間隙が大と
なっていくため■では、共に転移、逆転移電界が弱くな
り、トナー転移は可能であるが、逆転移をおこす程（閾
値以下）の逆転移電界はなくなる。■では、最早転移、
逆転移共におこらず、現像は完結する０ 第２図（Ｂ）に示した非１１Ｍ７像部の場合、領域■で
はトナーの転移、逆転移の両方がおこっている。

従ってこの領域では地力ブリが生じている。■では共に
転移、逆転移電界が弱くなり、トナー逆転移は可能であ
るが転移をおこす程の（閾値以下）の転移電界は無くな
る。したがってこの領域で地力プリは実質的に起こらず
、生じていた地力プリも除去される。■では最早転移、
逆転移共におこらず、現像は完結する。中間調の画像部
については、その電位に応じたトナー転移量と逆転移量
の大小によって最終的な潜像面へのトナー転移量が決ま
り、結局第１図の曲線３のように傾きの小さい。従って
階調性の高い顕画像が得られる。

このように、現像間隙を飛行させて非画像部にも一旦ト
ナーを到達させて階調性を改善させ、次いで該非画像部
から主として付着トナーをはぎとるように作用させるた
めには、印加する交互バイアス電圧の振幅と交番の周波
数とを適正に選定する必要がある。

このようにしてトナー担持体と静電像保持体との間で現
像剤の往復運動が行なわれるわけであるが、この過程の
詳細は未だ十分には解明されていない○本発明では現像
剤中のキャリアと、トナーはともに飛び移り往復運動を
しているものと推定される。しかしながら、この過程で
トナーとキャリアが分離され、トナーのみが潜像かつ電
荷を有するトナーは静電像の画像部に付着すると容易に
離れない。ところが、導電性の粒子は、現像剤支持部材
から潜像保持部材に飛び移る過程では、現像剤支持部材
から電荷が注入するが、＃電像の画像部に接した時、静
電像の電荷により容易に中和され、場合によっては極性
が反転して、現像剤支持部材へと飛び移ってしまう。こ
のように、導電性粒子は強い付着力を示さないため、最
終的には磁力により現像剤支持部材に保持される。ある
いは、塗布されるキャリア粒子が少ない場合、もしくは
磁気的束縛力が強い場合、キャリア粒子は交番電界によ
っては殆ど動かず、トナーのみが往復運動しているもの
とも考えられる。従って、静電像保持部材−ヒには最終
的には絶縁性トナーのみによって可視像が形成される。

本発明の現像装置においては、キャリア粒子は主として
トナーを現像剤支持部材上に薄く塗布し、これを磁力に
より支持し、磁力によりほぐすために必要なのであって
、静電的特性はあまり重要ではない場合が多い０それ故
トナーとキャリアの混合比は比較的自由度がある。さら
に、現像剤支持部材上に所定のキャリア粒子を選択すれ
ば、キャリア粒子は現像剤支持部材から離れないのでト
ナーのみを補給すれば良い。

〔実施例〕

第３図に示した現像装置を用いて実験を行なった。図の
装置で、４は公知の電子写真法によって得られた静電潜
像を有する静電像保持体である。５は内部に固定マグネ
ット・ロール６を有する非磁性の現像剤担持部材として
の現像スリーブである。現像部は静電像保持体４に対向
して現像スリーブ５の内部に現像領域を外れて２つの磁
極（例えば図示のＳ、、Ｎ２極、各々約６５０ガウス）
を配置した。この場合現像領域でけ現像剤のキャリア粒
子による磁気ブラシの形成が行なわれておらず、像保持
体と現像剤担持体との間隙をキャリア粒子が連続して鎖
状に埋めることが無い。従って、比較的抵抗の低い現像
剤を用いても上記間隙間で間隙放電ないしけ像保持体上
の潜像を除電することは起こらない。特にギヤリア粒子
が小径になると、現像領域において像保持体と現像剤相
持体との間でキャリア同士の磁気的吸引力が間に介在す
べきトナーを押し出して、キャリア粒子自身がお互いに
鎖状に連なってしまう現象が生じ易いため、これを極力
防止することにもなる。

上述のことを図を使って説明する。第４図（ａ）。

（ｂ）は現像領域の拡大説明図である。第４図（ａ）は
現像領域Ａにおいて、潜像保持体に対向して現像剤相持
体内部に磁極Ｓを配設した場合で、磁気ブラシは該領域
で潜像保持体４と接触している。従って間隙放電や潜像
の除電が生じやすい。

第４図（ｂ）は本発明の実施例で、第３図の拡大断面図
である。図で現像領域Ａにおいて、現像剤相持体内部に
磁極が無く、該領域外に磁極Ｓ、。

Ｎ２が配設されている。従って磁気ブラシは現像領域で
形成されていない。尚図中１２の黒い丸はトナー、１３
の白い丸はキャリアである。

第３図で現像スリーブ５と静電像保持体４との間隔はス
リーブ両端に配したスペーサーコロによって３００μｍ
に保持されている。７は磁性体又は磁石からなる磁性ブ
レードであり、ホッパー８の中の本発明現像剤９を目的
の厚みに規制する。トナーはキャリアもしくは現像スリ
ーブ５との間で摩擦帯電される。この磁性体又は磁石か
らなる磁性ブレード７に対向して、現像スリーブ５の内
側にマグネット・ロール６の一つの磁極（例えば図示例
ではＮ、極８５０ガウス）を配置している。この場合、
現像スリーブ５とこの磁性体から々るブレード７との間
隔を２５０μｍに設定し、磁性体からなるブレード７と
現像スリーブ５との間の磁界によって現像スリーブ５の
本発明の現像剤９の層の厚みを規制している。現像スリ
ーブ５の回転方向は図のように感光体との近接面で同方
向である。図中１０はスクレーパーブレードで、スリー
ブ５上の残留現像剤を掻き落とすだめのものであり、１
１はスリーブ５と感光ドラム４との間に交番電界を形成
するための電源であり、パルス波、交流、交流に直流を
重畳した電圧等を発生する。

と（Ｄ　実ｍ　例ｆ　ｕ　１０００　Ｖｐ−ｐ　（７）
　交ＲＩＣ＋　２００　Ｖ　（Ｄ直流バイアスを重畳さ
せた電源を用いた。因みに感光ドラム４上の潜像電位は
画像部で＋５００ｖ１非画像部で０■であった。

使用したトナーは次の通りのものである。

以上をボールミルで混合粉砕した後、ロールミルで溶融
混練し、冷却した後ハンマーミルを用いて粗粉砕し、次
いでエアージェット方式による粉砕機で微粉砕する。得
られた微粉砕物を分級して粒径５〜２０μのものを選択
し、これをトナーとした。これはマビンタのカラートナ
ーである。

使用したキャリア粒子は、 （１）ミノルタ■社製ＥＧ１０１複写機用トナー（２）
シャープ■社製５Ｆ７３０複写機用トナーを前述のトナ
ーと同様に溶融混線、粉砕、分級し、得られた粉体に４
重量パーセントのカーボンブラックを加えて熱風中で処
理したものＯ 以上の３種を使用したが、これらの間には顕著な差異は
認められなかった。以下の実験の説明に当ってはこれら
３種の現像剤について殊に区別しては述べない。

この３種の内（２）の現像剤は比較的抵抗が高く、粉体
を加圧しない状態で電極間に挾み抵抗値を測定したとこ
ろ、１０００Ｖ／ｃｍの電界下で１０″２Ω（１）、１
００ＯＯＶ／側の電界下で、１０’Ωｍの抵抗値であっ
た。しかし、これは静電荷を保持するはどに高抵抗とは
言えず、導電性と見なされる。

この点からいえばキャリアの表面を樹脂等で被覆したも
のも一部導電性粒子に含まれる。（３）の現像剤は１０
００　Ｖ／ｃ＋＋＋の電界下で１０’Ω（１）以下であ
り、比較的低抵抗である０尚前述のカラートナーは同様
の測定法でｌ　ＯＯＯＯＶ／ａｍの電界下で１０　Ω（
至）以上の抵抗値を示し、測定不能であった。

以上のトナーとキャリアを混合して現像剤として用いた
ところ、トナーとキャリアの混合比が、重量比で１：４
乃至ｌ：ｌの時、はぼ良好な画像が得られたが、現像剤
支持部材上の現像剤層に君子のムラが見られ、それにと
も々って画像にわずかにムラが発生した。

そこで、スクレーバーｌＯをはずし、現像剤支持部材を
本出願人が先に提案した特開昭５６−１１３１７２　号
明細書に記された通りに、支持部材表面を粗したものに
交換した。その結果、ムラがなく良好な画像が得られた
。

ここで、現像器内の現像剤と同量程度のトナーをホッパ
ー内に追加したが、同様に良画像が得られた。これは、
現像剤支持部材上のキャリア粒子が、磁力により現像剤
支持部材に吸引されており、新たにホッパー内に加えら
れたトナーとは混合されず、ホッパー内のトナー転移量
だけキャリア粒子もしくは現像剤担持体に付着するため
である。

尚、現像器に加えられたバイアス電圧を切シ、現像器を
接地したところ、一応現像は可能であった。しかし、画
質はバイアスを加えたものよりも劣るものであった。

また、キャリア粒子として前述の例の他、通常の２成分
磁気ブラシ現像に用いられる鉄粉（粒径は約５〜１００
μ）を用いた場合について記す。この場合、キャリア粒
子の粒径がトナー粒径の数倍以上大きいと、トナー粒子
との適正混合比の範囲が狭くなり易い傾向があったが、
現像像にキャリアを含むこともなく、コピーもほぼ良好
な画像が得られた。又、トナー粒子径よりも小さいキャ
リア粒子径を用いると、トナー粒子とキャリア粒子との
適正混合比の許容範囲が広がり、スジ・ムラのない良好
な画像が得られるが、現像像にキャリア粒子を含む傾向
があった。特にマグネタイト粉（粒径は０．２μ程度）
を用いると、現像像に多量のキャリア粒子をふくむもの
となった。これは粒径がトナー粒子に比べてあまりに小
さいため、塗布及び現像行程でトナー粒子とキャリア粒
子が十分に分離されないためであると思われる。即ち、
トナー粒子とキャリア粒子との適正混合比の許容範囲を
十分に広げると、現像像にわずかのキャリア粒子を含む
ことになり、該混合比の範囲を狭くすると、はとんどキ
ャリアは消費されることがない。

トナー粒子と、キャリア粒子の大きさは比較的近いもの
である事がのぞましい。実験によれば、両者の大きさの
比は略ｌ：３以内程度の時、現イ象は良好である。この
場合トナー粒子とキャリア粒子のいずれが大きくても良
いが、好ましぐはキャリアの方が大きい方が良い。

以上詳細に述べたように本発明では、絶縁性トナーと導
電性及び磁性を有する微小な粉体を混合し、これを背面
に磁石を有する現像剤支持部材上に塗布し、磁極間に配
設した現像領域で潜像保持部材に接触させる事なく対向
せしめて現像時において潜像の乱れを防止するようにし
たから、トナーの定着性も良好であり、カラートナーも
使用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は潜像電位に対するトナー転移量及びトナー逆転
移度の特性及び印加電圧波形の一例を示す説明図、第２
図（Ａ）〜（Ｃ）は本発明に係る現像過程における現像
剤の移動と印加電圧波形を模式的如表わした過程説明図
、第３図は本発明の実施例を示す現像装置の断面図、第
４図（ａ）は現像領域に磁極を配置した場合の現像領域
の説明図、第４図（ｂ）は本発明の実施例を示す現像領
域の説明図である。 図において、４・・・静電像保持体、５・・・現像スリ
ーブ、６・・・固定マグネット・ロール、７・・・磁性
体ブレード、８・・・ホッパー、９・・・現像剤、１０
・・・スクレーバー、１１・・・バイアス電源、１２・
・・トナー、１３・・・キャリア、を表わす。 出願人　キャノン株式会社 ＠簡

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性非磁性トナーと導電性磁性粉体を有する現像剤を
   現像剤支持部材に供給し、この現像剤を現像剤支持部材
   上で現像剤規制手段によって規制して、現像領域におけ
   る現像剤支持部材と像保持部材との間隙よりも薄く塗布
   し、この現像剤を現像剤支持部材内部に設けた磁極の磁
   力によって、磁極と磁極の間に配設した現像領域へ搬送
   し、上記現像剤支持部材と像保持部材との間隙に交番電
   界を印加して現像することを特徴とする現像装置。