JPS60500834A

JPS60500834A - 電子写真方式による現像方法

Info

Publication number: JPS60500834A
Application number: JP59502519A
Authority: JP
Inventors: フリツツ，ギヤロルド・フレデリツク; カスパー，ジヨージ・フイリツプ; クロール，アーサー・スタンレイ; モーズハウアー，マイケル
Original assignee: イ−ストマン　コダック　カンパニ−
Priority date: 1983-07-01
Filing date: 1984-06-27
Publication date: 1985-05-30
Also published as: WO1985000438A1; JPH059790B2; JPH0352870B2; EP0148904A1; CA1228634A; JPS60501184A; US4473029A

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】〔発明の名称〕電子写真方式による現像方法、装置およびシステム〔技術分野〕本発明は、電子写真方式の現像の構造、手順およびシステム（即ち、共働作用を有する現像／塗布機構の組合せ）の改善に関し、特に硬質の磁気キャリアおよび電気的な絶縁性を有するトナーを含む電子写真の現像剤を用いる現像のための改善に関する。

〔背景技術〕

１９８３年１１月４日出願の国際特許出願ＰＯＴ／ＵＳ　８３１０１７１６号（ＭｉｓｋｉｎｉｓおよびＪａｄｗｉｎの名儀の１９８２年１１月８日ｉｔ’ｚ願の米国特許出願第４４０．１４６号）は、２つの構成要素からなる硬質の磁気キャリアを含む乾式電子写真現像剤組成およびその使用方法を開示している。概略的に言えば、上記米国特許出願に開示されたシステムは、非磁気シェル内部で回転運動を行なう磁気コアからなる磁気ブラシ塗布装置と組合せて、電気的々絶縁性を有するトナー粒子と「硬質の」磁気キャリア粒子（磁気的に飽和状態に置かれる時高いレベルの最小保磁力を呈する）からなる現像剤混合物を使用する。このトナーおよびキヤ・リア粒子は、相互作用を混成することによシ反対の摩擦電荷を有する。この塗布／現像システムは、例えば、現像速度を太きくし、現像された画像におけるスクラッチの低減および磁界パターンの欠陥により生じる現像された画像のパターンの低減における重要な電子写真方式の現像法の数層を提供するものである。

このような現像／塗布システムにおいてはいくつがの問題が生じたつ例えば、ある状況においては、他のイタ領域の画像部分と関連する背景における濃度の望ましくない変化が生じる。

また、ある用途においては、（１）ベタ領域の縁部に対する現像の完全さ、および（２）画像の現像の均一性および柔軟性を組合せた観点から問題が生じる。更に、上記のシステムのいくつかの実施例によれば、現像された画像に望ましがらざる量の拾われたキャリア粒子が存在する。

〔発明の概要〕

本発明の目的は１例えば上記の国際特許出願において開示された糧類のシステムにおいて上記の如き問題および短所を低減するかあるいはこれを回避する電子写真の画像の現像のための改善された装置および方法の提供にある。

一実施例においては１本発明は、現像される電子写真のパターンを保有する像形成部材が予め定めた直線速度において現像剤が塗布される現像区域を通るように運動させられる形式の電子写真装置における改善された現像方法を提供するものである。

この改善された現像法は、電気的な絶縁性を有するトナー粒子および硬質の磁気キャリア粒子を含む乾式現像剤の混合物の供給部と、この供給部と現像区域との間に現像剤を送るため回転自在である円筒状の非磁気シェルと、その周囲に交互の磁極関係で配置された複数の磁極部分を含み前記シェルの内部で回転自在な磁気コアと、前記シェルとコアを予め定めた関係で回転させるための駆動装置を使用する。本発明の１つの望ましい特質によれば、前記回転装置は、前記シェルとコアを予め定めた方向において現像剤が前記像形成部材と同時に現像区域を通り。

かつ前」像形成部材の直線速度と略々等しい直線速度で運動するように共働作用的に予め定めた速度で回転させる。本発明の別の望ましい性質によれば、前記シェルがその上のトナードブレート・アウトが画像の現像に悪影響を及ぼすことを防止する速すで回転させられる。前記シェルは、他の望ましい特質において、その連続する部分が前記像形成部材の方向と同じ方向に現像区域を通過するような方向に回転され、かつ現像剤が像形成部材の方向と同じ方向において現像剤区域を通って送られて、現像剤送り要素がシェルおよびコアの回転運動により更に寄与されるように前記コアがシェルとは反対の回転方向に回転する。

他の望ましい特質においては、各光電導体部分が前記現像区域を通過する間少なくとも５回の磁極の遷移に曝されるように前記コアおよび回転装置が共働する。

特に望ましい実施態様においては、上記の本発明の特質が共働作用により使用されるのである。

〔図面の簡単な説明〕

本発明の望ましい実施態様の以降の詳細な記述を図面に関して行なう。図においては。

第１図は本発明の実施のための１つの電子写真装置の概略図。

第２図は第１図の現像ステーションの一部の断面図、第３図は本発明と関連するある物理的機構の説明に役立つ電子写真現像システムの概略側面図、第４Ａ図、第４Ｂ図および第４Ｃ図は第３図の説明に役立つ概略図、第５Ａ図および第５Ｂ図は第３図と類似するが本発明と関連する他の現像を示す図、および第６図は本発明により使用可能なキャリアの磁気特性を示す図である。

〔実施態様の説明〕　゛第１図は、本発明の実施のための一実施例の電子写真装置１０を示している。この実施例においては、装置１０は作用経路の周囲で一次帯電ステーション（コロナ放電装置１１で示される）露光ステーション１２．現像ステーション１３％転写ステーション１４および清拭ステーション１５を通って運動可能な無端の電子写真像形成部材１８を含む。作用においては、装置１１は像形成部材１８の画像セクターに対して均一な静電荷を付与し、前記部材は次にステーション１２において光像に露光され（静電潜像を形成する）、次にステーション１３においてトナーで現像される。このトナー像は、後でステーション１４における転写帯電体によシ複写紙（複写紙供給部１６により供給きれる）に対して転写され、トナー像を保有する複写紙は融着ロー２１７を介して送られて転写されたトナー画像を固定する。

前記像形成部材の画像セクターは、次にステーション１５において清拭され、再使用の用意ができる。現像ステーションを除いて、第１図に示？れる種々のステーションおよび装置は周知のものであり、他の色々な形態をとることができる。

本発明による現像システム、構造およびモードの望ましい実施態様の記述に進む前に、硬質の磁気キャリアを有する現像剤および回転する磁気コアを有する塗布装置からなる種類の現像５システムにおいて生じることが発見されたいくつかの物理的現象について簡単に説明することは有用であろう。この目的のため、第３図は、現像剤りが前掲の国際特許出願に開示された種類の電気的な絶縁性を有するトナー粒子および硬質磁気キャリア粒子の乾燥状態の混合物からなシ、塗布装置１がその磁極部分（Ｎ％Ｓ）がコアの局部に交互に配置された複数の磁石を含む回転磁気コア２を含む事例による現像システムの概要を示している。

磁気コア２は中心軸の周囲で反時計方向（矢印Ｃの方向）に回転し、正の電荷を有し電気的な絶縁性を有するトナー粒子と負の電荷を有し硬質磁気キャリア粒子からなる現像剤りが運動する磁気コア２により提供される回転磁界により塗布装置１の静止非磁気シェル３の周囲に時計方向に送られる。シェル３は導電性を有し、以下に説明する如く望捷しくないバックグラウンドの発生を阻止するよう選択された負の電位にバイアスが与えられている。

坦体７上に接地された導電性を有する層６に重合する光導電性の絶縁層５を含む光電導性の像形成部材８が、塗布装置１により送られる現像剤を有する現像界面全横切って移動させられる。光電導体８上には、正に帯電したトナー粒子の吸着によって現像されるべき像パターンを形成する負の静電荷、ならびに現像してはならないある負の電荷が存在する。（第３図においては、２つの負の電荷の符号が現像されるべき静電像パターンを表わし、１つの負の電荷の符号が現像されてはならない背景電荷を表わしている）。従って、この簡素化されたモデルにおいては、１つの負の電荷部分の現像を阻止するも２つの負の電荷部分の現像はこれを許容する程度で正のトナー粒子を吸着するに充分な負の極性となるようシェル３の電気的なバイアスの大きさが選択されることになる。

上記のことから、現像剤／光電導性の現像界面（第３図の区域りで示される）の内部では、下記の如きことが判ろう。即ち、（１）正のトナー粒子を画像（２つの負符号）の電荷がその上に存在する光電導体に対して押圧する、および（２）正のトナー粒子を背景（１つの負符号）の電荷が存在する場所−である光電導体から離れるように吸引する如き動的な電界が存在することになる。

負のバイアスのかけられたシェルに対する正に帯電したトナーの吸着作用は、背景の電荷が光電導体上に存在しない時（例えば、負の電荷を持たない光電導体部分が通過する＠）更に強くなる。

現像された画像におけるいくつかの厄介な欠点に注目した後、この欠点が電気的にバイアスを掛けたシェル上の［トナーのプレート・アウト（ｔｏｎｅｒｐｌａｔｅ　−０ｕｔ　）Ｊ　と名付けた現象からこのような低い（あるいはＯの）光電導体の帯電条件と関係がありそうであることに気付いた。（第３図においては、このようなトナーのプレート・アウトの現象は、電荷のない光電導体部分と反対側のシェル３上の正に帯電したトナーにより表わされる。）通常の現像操作過程においては、このようなシェルが吸着した、即ち「プレート・アラトコされたトナーは、光電導体領域を後で通過すると同時に像電荷部分によって最終的にシェルから引剥される。しかし、少なくとも１つ非常に２になる現像された画像の欠点はこのようなトナーのプレート・アウトから生じるおそれがある。以下における例示的な現像シーケンスは如何にしてこの欠点が生じるかを示している。

最初に、帯電しないフレーム即ち光電導体の低い電荷電位（白で露出された）領域の実質的部分を含む現像シーケンスについて考察する。第４Ａ図に示しかつ前にも述べたように、その結果はシェル３の部分Ｚ（クロス・ハツチを掛けた部分）における顕著なプレート・アウトの状態である。トナーは電気的に絶縁性を有する（正の電荷を有する）ため、第３図の各部における顕著なトナーのプレート・アウトの効果がこのようなシェル部分の有効なバイアス・レベルを低下させるものであると考える。

次に、大きなベタ領域の電荷パターンＶｂ（黒の画像領域）および側方に隣接しかつ後続する背景電荷Ｖｗ（白の画像領域）の部分（第４Ｂ図参照）を有する静電潜像を保有する光電導体部分８の現像区域を通る以降の運動について考察しよう。第４Ａ図の条件における塗布装置による現像の後、第４Ｂ図に示される電荷パターンを有する光電導体部分が第４Ｃ図に示されたトナーの濃度レベルを呈示した（濃度Ｄ６は高い濃度、濃度Ｄ２は比較的低い濃度、および濃度Ｄ□は零もしくは濃度しはルＤ２よりも顕著に低い濃度レベルである）。

我々の研究によれば、第４Ｃ図の問題となる現像された画像の欠点（顕著なトナー濃度の差（Ｄ□−Ｄ２）が第４Ｂ図における高い電荷領域Ｖｂがシェル３のその反対側からプレート・アウトしたトナーを吸着するために生じるが、側方に隣接する低い電荷Ｖｗ部分はそうでないことが判った。この比較的低い濃度Ｄ１の部分は、このように、剥離したシェル部分における比較的有効なバイアスによって生じることになり、またプレート・アウトの状態が再びシェルの幅方向を横切る方向に等しく々るまでは濃度の差ＣＤ□−Ｄ２）が存在しないことになろう。

このような分析に基づいて、第４Ｃ図の画像の欠点に対する解決策は現像が影響を及ぼすプレート・アウトｅ避ける速度において現像区域りに対してシェルを回転させることであると考える。第４Ｇ図に示されるような状況について考察すれば、シェルの回転運動は、望ましくはトナーのプレート・アウトが現像に対し顕著な影響を及はす期間が終る前に現像区域（一般に、寸法Ｌ）における有効領域を通るようにシェルの局部における一点を運動させる如きものであるべきであると考える。我々は、現像された光電導体上のプレート・アウト現象の開始点（第４Ｃ図における点Ｐ１）と、プレート・アウトの影響が光電導体において認められるようになる位置（第４Ｃ図における位置Ｐ２）との間の距離ｒａＪを最初に測定することによってこの期間を確定した。次に、我々は、このプレート・アウト期間ｔｐ　（即ち、シェル上のトナーのプレート・アウトが均衡状態に達するに要する期間）が光電導部材がその作動速度において距離ｄ（Ｐ□および２２間の）を移動するに要する時間となることを計算した。即ち、ｔｐ　””　ｄ÷Ｖｅ１．ｍとなる。

例えば、光電導体の作動速度が３８．１　ｃｍ／秒（１５ｉｎ、７秒）であり、測定された距離ｄが約７．６ｃｒｒＬ（３インチ）である時、プレート・アウト期間ｔ　は０２秒となる。長さが約０．６４ｍ９（０２５インチ）のある典型的な現像区域の場合には、シェルの速度は値約３．１８ｃｔｆｔ／秒（１，２５インチ／秒）（ｔｐ÷Ｌ）よりも少なくとも約３倍の大きさであることが望ましく、これよりも更に大きな値即ち約３１．８ｃ＋＋ｓ／秒（１２５インチ、７秒）以上であることが更に望ましい。シェル回転運動のこのような過程の検討から、第４Ｃ図において述べた如き画像の欠点を排除することを発見した。

一般に、現像システムにおける値「ｄ」が上記の如く測定された時、望・ましいシェルの最小直線速度Ｖｅｌ　、　ｓについである数式を得ることができる。即ち、ｔｐ　＝　ａ／Ｖｅ１．ｍ但しｂ　ｔｐはプレート・アウトの平衡状態が生じる期間、■θ１．ｍは光電導部材の直線速度、およびｄはＰ□からＰ２までの測定された距離である（第４Ｃ図参照）、。

画像に影響を及ぼすプレート・アウト現象を有効に低下させるためには、所要のシェル速度Ｖｅ１．ｓはｔｌよりも短い期間ｔｓにおいて現像区域を通るように（距離Ｌ）その表面上の一点を運動てせなければならない。即ち、更に望ましくは、この値は、例えば、下式と略々等しいかあるいはこれよシ大きくなる。即ち、我々は、本発明による現像システムにおいて、値「ｄ」ｃインチ単位）が通常約１．　Ｑ　Ｖｓｌ、ｍ、Ｌ　（但し、Ｖｅｌ、ｍはｉｎ、／秒単位。

Ｌはインチ単位。即ち、「６インチで除した１」なる因数が含まれる。）よりも大きな周（直線）速度■θ１．ｓ　でシェルを回転させることが有効となる如きものであることを発見した。

「ｄ」およびｒＬＪが備およびＶｅｌｍがｃｍ／秒なるメートル法においては、補正する望ましい最小シェル速度Ｖｅｌｓ　Ｃｃｆｎ／秒単位）は約０．４　Ｖｅｌｍｍ、Ｌとなる。

シェルの速度Ｖａ１．θ　（ｉｎ、／秒単位）は、少なくとも３×Ｖｅ１．ｍＸＬ（但し、Ｌはインチ、　Ｖｓｌ、ｍはｍ、７秒）であることが最も望ましく、即ちメートル法においてはＶｌｌｌｌ　、　ｓ　（ｉｎ、７秒）は少なくとも約１．２　Ｖｅｌ、ｍ化であることが最も望ましい。

上記の分析および我々の実験は、もしシェルが上記の値と一致する速度でいずれの方向にも回転させられる々らば、第４Ａ図乃至第４Ｃ図に関して述べた画像の欠点が回避できあるいは大幅に減殺することができることを示し、また本発明の一特質においては、このような方法で現像システムのシェルを回転させることに想到する。

しかし、我々は、シェルがその周部が光電導体の運動方向と並流方向に現像区域を通過するような方向に回転することが非常に望ましいことを発見した。この望ましいシェルの運動方向１は、望ましい現像剤の流れの方向および望ましい磁気コアの回転方向の我々の確定によって影響を受ける。

望ましい並流方向に対する１つの理由について更によく理解するため、第３図の磁気ブラシ（回転コア２および静止シェル３を備えた）と類似した磁気ブラシの概略を示す第５Ａ図および第５Ｂ図を参照されたい。矢印により示されるように％第５Ａ図におけるコア２は反時計方向に回転して光電導体と並流方向に現像区域を流れるように現像剤を時計方向に流れさせる。

このコアと現像剤の方向は、第５Ｂ図の塗布装置においては反対となり、現像区域における現像剤の向流となる（光電導体の運動に対して）流れを生じる。我々は、第５Ｂ図の向流となる現像剤の流れのモードにおいては、現像剤が蓄積した区域■」が第５Ａ図の並流となる現像剤の流れのモードの同様な現像剤の蓄積区域ｒＹＪよりも著しく大きくなること、および第５Ｂ図のモードがいくつかの問題を提起することを発見した。

第１に、第５Ｂ図のこの比較的大きな蓄積区域Ｘが、磁気コア２の磁石の拘束磁界から離れるように現像剤の混合物中の磁気キャリアを運動させる。この大きな距離は、光電導体によるキャリアが拾われる可能性を増大する。対照的に、第５Ａ図の（並流方向の現像剤の流れの）モードの比較的小さな区域Ｙは、キャリアかコアの磁界から逃出す可能性を低減させることを発見シた。更に、第５Ａ図のモードにおいては、光電導体により拾われるおそれがある区域Ｙのどのキャリアもプロセス上の現像区域を離れる前にコア２０の磁界に戻るように運動しなければならない。従って、画像領域のキャリアのピックアップは、２第５Ａ図のモードにおいて現像剤の塗布装置によって有効に収拾されるが、このことは第５Ｂの作動モート１関しては妥当しない。キャリアのピックアップを最小限度に抑えることに加えて、第５Ａ図の並流方向の現像剤の流れのモードが現像された画像の更に大きな信頼性および許容される滑らかさを提供することを発見した。更に、以下において更に詳細に記述するように、非常に重要な利点が、並流方向の現像剤の方向および現像剤の速度対光電導体の速度の適正な選択によって得られるのである。

望捷しい並流方向の現像剤の流れの方向に基づいて（上記ならびに以下の理由により）％シェルの回転運動が現像剤の流れの方向と同じ方向にあること、およびコアの回転運動が反対の方向にあることが望ましいことを発見し′ｆｃ０更に、やや速い速度において現像剤を現像区域に対して併給する（完全な画像の現像を可能にするため）こと、およびシェルおよびコアの回転運動がその結果の現像剤の移動速度に寄与する相対速度成分を減算する（もしシェルの回転方向が望ましい現像剤の流れの方向と反対であった場合におけるように）のではなく付加することが非常に望ましいことを発見した。

以上の論議から、これまで下言己の如き望ましいシステムのパラメーターを得たことが判る。即ち、（Ｉ）現像剤に対する望ましい回転方向が光電導体に対して並流方向であること、（２）望ましい磁気コアの回転方向が光電導体に対して向流方向であること、（３）望ましいシェルの回転方向が光電導体に対して並流方向であること、（４）シェルに対して望ましい最小回転速度が関係式：１３ ■θ’：ｔ、ｅ＞３．Ｏｖθ１．ｍ−Ｌと一致することである。現像剤システムの他の重要なパラメータは下記を含むものである。即ち、（ａ）シェルの最大有効回転速度、（ｂ）磁気コアに対する有効回転速度節回、および（ｃ）望ましいシェルおよびコアの回転速度。

上記のパラメータ（ａ）、　（ｂ＋および（Ｃ）の確定において、累積的な現像剤の移動速度（ＣＤＴ速度）と呼ぶところの有効かつ望ましい値、即ちシェルの及ぼす現像剤の移動速度、プラス磁気コアの及ばず現像剤の移動速度について最初に考察することが非常に望ましいことが判った。このようなＣＤＴ速度の選択が現像区域を通る像形成部材の直線速度に大きく依存するものであることを発見した。このため、本発明の別の重要な特質によれば、現像剤が像形成部材と並流方向に現像区域を通過すること、および前記（３ＤＴ速度（即ち、またこのため、現像区域を通る現像剤の直線速度）が像形成部材の直線速度と略々等しい（即ち、その約±１５チ）ことが非常に望ましいことを発見した。

ＣＤＴ速度と光電導体の速度のこのような整合関係が、多くの画像において非常に有効な結果金もたらすものである。しかし、本発明のこの特質によれば、更に望ましいＣＤＴ速度は、光電導体の直線速度の約±７チの範囲内で現像剤の直線速度を光電導体直線速度と整合させる速度である。この望ましい速度は、画像における細線および中間調のト９ット・パターンの良好な現像を得るために非常に望ましい。現像剤の速度が比較的低くなると画像の前縁部の現像品質が劣化し、速度が早くなると後縁部の現像品質が低下することになる。最も望ましいことは、光電導体および現像剤の速度が前後の縁部、細線部分および中間調のドツト・パターンの良好な現像品質を提供するように実質的に等しくなることである。このため、高速度写真により。

ＣＤＴ速度が光電導体に対する零の相対速度に更に近似する時、ベタ領域の縁部、細線および中間調ドツト・ツクターンの現像の品質に変らぬ改善が認められることを確認した。シェルが望ましい正味の現像剤の流れの方向と反対方向（即ち、光電導体の方向と並流方向）に回転することが望ましい実施態様においては、コアの回転運動がＣＤＴ速度を上記の事柄と一致させるよう充分であることが非常に望ましい。

次に磁気コアに対する有効かつ望ましい回転速度について考察すれば、約１０００乃至３［００ｒｐｍのガイドラインが上記のＭｉｓｋｉｎｉθおよびＪａｄｗｉｎの米国特許出願に記載されている。

この教示内容はまた、あるコアの回転速度における現像剤の移動速度が回転する磁気コアにおいて交番磁極数の増加と共に増加することを述べている。本発明の別の重要な特質によれば、磁気コアおよびその回転装置を上記の現像区域を経て活性状態の現像の作用点内の少なくとも５つの極性の遷移領域（即ち、第３図における距＠Ｌ）まで移動する光電導体の各問題点に共働させることが（上記の形式の現像とは対照的な望ましい最小の現像を得る観点から見て）非常に望ましいことが判った。当業者には、光電導体のある公称速度Ｖｅ１ｍおよび現像区域の長さＬが与えられれば、特定のコア構造およびコアの回転速度が下記の関係に従ってこのような望ましい特徴と一致するように選択することができることは理解されよう。即ち、５但し、Ｐｔは１秒当シの磁極転換数（コアの極数Ｘコアの１秒当りの回転数）％およびＰａは速度Ｖｅ１．ｍで運動する像形成部材の各部が長さＬの活性状態の現像区域内に曝される磁極転換数である。この磁極の転換速度は、吸着されるトナー・を充分に利用するよう現像区域におけるキャリアの充分な転倒状態を提供する。このため、磁気コアが周囲に位置する複数の密な間隔の磁石からなること、また磁石の数が光電導体の各部を充分に高いコアの回転速度によらず現像作用域内におけるこの望ましい５よシ小嘔な回数の転換を受けさせるに充分であることが非常に望ましい。８乃至２４個の磁極を有するコアが非常に有効であることが判った。

この磁極の望ましい最小転換速度およびシェルの直径に基づいて、望ましい磁気が及ぼす最小移動速度は直線速度において′めることができる（あるいは、同様な現像剤の移動速度は実験的に、例えば、高速度写真により、シェルを静止させてコアを最小の磁極転換速度で回転させて測定される）６望ましい磁気が及ぼす現像剤の移動速度もまた。望ましいＣＤＴ速度に関して上に述べたシステムのパラメータに依存する。

現像剤の最大累計移動速度ＣＤ’　Ｔ　（Ｍａｘ　、　）および磁気が及ぼす現像剤の最小移動速度Ｍ　Ｄ　Ｔ　（Ｍｉｈ、）　ｋ上記の如く選択すれば、望ましいシェルが及ばず現像剤の最大移動速度ＳＤＴ（Ｍａｘ、）および従ってシェルの望ましい最大回転速度は下記の関係により確定することができる。即ち、ＳＤＴ速度（Ｍａｘ、　）　＝　ＣＤＴ速度（Ｍａｘ、）　−ＭＤＴ速度（Ｍｉｎ　、　）同様に１望ましいシェルの及ぼす現像剤の移動速度、従って６望ましｂシェルの回転速度は下記の関係にょシ確定することができる。即ち、ＳＤＴ速度（ｐｒｅｆ、）　−ＣＤＴ速度（ｐｒｅｆ、）−ＭＤＴ速度（ｐｒｅｆ、）上記の如く、現在望ましいＣＵＴ速度は、現像された光電導体の直線速度と略々同じ光電導体と接触する現像剤における直線速度を生じるものである。望ましいＭＤＴ速度とは、光電導体の像形成部材の各部において活性状態の現像区域の通過の間５回以上の磁極の転換を生じるものであるが、これは現像システムにおいて要求されるコントラスト特性に依存するわ本発明の上記の一般原理および手順を念頭において、次に１つの望ましい現像システムが示される第１図および第２図について再び考察する。ここで、現像剤りの供給量がハウジング２０内部に保持され、混合装置２１が現像剤サンプ内に配置される。非磁性のシェル部分２１（例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、導電被膜プラスチックまたはガラス繊維、または炭素充填プレキシガラス）は、ハウジング２０に配置され、ベアリング２２により中心軸上に回転するように取付けられる。駆動装置２３は第１図に示はれる如くシェルを反時計方向に回転させるためのものであり、シェルは基準電源２５に対して接続されている。シェル２１内部には、磁気コアが２２．２７上で回転するように支持され、駆動装置２４は第１図に示されるように時計方向にコアを回転させるようになっている。このコアは、当技術において公知の種々の形態を取り得るが、図示された実施例はその周囲で交互の極性となる位置関係に配置された複数の永久磁石片２８を有する強磁性体のコア２６からなっている１７Ｃ第１図参照）。塗布装置の磁石片は、公知の色々な永久磁性材料の１つ以上の材料から構成することができる。典型的な磁性材料けγ酸化第二鉄、およびり、Ｏ，Ｊｏｎｅｓの１９７７年８月１６日発行の米国特許第４．０４２５１８号で開示される如き「硬質」７エ２イトを含む。このコアの磁界の強さは広い範囲で変化し得るが、ホール効果プローブを用いてコア表面で測定して少なくとも４５０ガウスの強さが望ましく％また約８００乃至１６００ガウスの強さが最も望ましい。ある用途においては、電磁石もまた有効である。コアとして望ましい磁性材料は鉄もしくは磁性鋼である。

一般に％コアの寸法は使用される磁石の寸法にょシ決定され。

磁石寸法は必要な磁界の強さに従って選択される。前述の如く、約５．１ｃＩｎ（２インチ）の直径に対する有効な磁極数は８乃至２４の範囲内、望ましくは１２乃至２ｏの範囲内であることが判ったが、このパラメータはコアの寸法および回転速度に依存することになる。更に重要なノξラメータは磁極の転換速度であシ、これは上記の如くになることが非常に望ましい。いくつかの特定の事例として、約２５．４乃至６３．５　ｃｍ／秒（１０乃至２５インチ／秒）の範囲内の光電導体速度で現像する場合に１２の磁極を有する約５．１ｃＩｎ（２インチ）の直径のローラが有効であることが判った。約８８．９　ｃＩＩＬ／秒（３５インチ／秒）までの光電導体速度による現像の場合に、２０の磁極を有する約５．１ｃｍ（２インチ）の直径のコアが有効であった。同様に、１６個の磁石を有する約６．９９　ａｎ　（２，７５インチ）の直径を有する約７６．２ｃｍ／秒（３０インチ／秒）の光電導体速度において良好な現像が可能であることが判った。シェルと光電導体間の間隙は比較的小さいこと１例えば約１．０２５乃至０．０７６ｃｍ（０，０１乃至０．０３インチ）の範囲内であることが望ましい。苗葉３ｏは、光電導体１８に対する現像区域に対して送られる現像剤をトリムするため配置され、光電導体とシェル間の間隙と略々同じシェルからの間隙を有することが望ましい。当業者は、前にその概要を述べた本発明の一般原理に従って機能することができる他の色々な現像ステーションの代替形態があることは明らかであろう。

本発明において特に有効な乾式現像組成の特徴については、以下におよび１９８３年１１月４日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ８３１０１７１６号において更に詳細に記載される。一般に、このような現像剤は電荷を有するトナー粒子と、磁気的に飽和する時予め定めた高レイルの最小保磁力を呈する磁気材料を含む反対の電荷を有するキャリア粒子とがらなっている。更に％このような飽和状態の高レイルの最小保磁力は（以下に述べるように測定される時）少なくとも１００ガウスであり、キャリア粒子は結合剤のないキャリアＣ即ち、結合剤または母材を含まないキャリア粒子）、ｉ＊は複合キャリア（即ち、結合剤中に分散された複数の磁性側斜の粒子を含むキャリア粒子）でよい。

１００ガウスの最小飽和保磁カレ（ルと一致する磁性杉林を含む結合剤のない複合キャリアは、本文においては「硬質」磁性キャリア粒子と呼ばれる。

本発明によシ用いられる複合キャリア粒子においては１個々の磁性月料片は比較的均一な寸法でありかつ直径において全体的な複合キャリアの粒度よりも小さいことが望ましい。磁性材９料の平均径は、キャリア粒子の平均径の約２０％以上でないことが望ましい。キャリアに対する磁気素子の平均径の遥かに小さな比率が使用可能である。平均径が５から０．０５重程度の磁性粉を用いて優れた結果が得られる。再分割の程度が磁気特性において望ましからざる変異を生じることがなく、かつ選択された結合剤の量および特性がその結果得られるキャリア粒子における他の望ましい機械的特性と共に満足できる強度をもたらす場合は、更に微細な粉体を使用することができる。磁性材料の濃度は広い範囲で変更することができる。約２０乃至９０重ｔ％に及ぶ複合キャリア粒子の微細粒度の磁性材料比率を用いることができる。

微細粒度の磁性材料と共に使用される母材は、必要とされる機械的および電気的特性をもたらすように選択される。この母材は、（１１磁性材料に対して充分に接着すること、（２）強力な平滑面を有する粒子の形成を容易にすること、（３）トナー粒子とキャリア粒子の両者が混合される時これら粒子間に適正な極性および静電荷の大きさを保証するため共に使用されるトナー粒子とは充分に異なる摩擦電気的特性を有することが望ましい。

前記母材は、ガラス、金属、シリコン樹脂等からなる母材の如き有機または無機材料でよい。天然または合成ポリマー樹脂または適当な機械的および摩擦電気的特性を有する如き樹脂の混合物の如き有機材料を使用する。適当なモノマー（このような用途に対する樹脂の調製のため使用することができる）としては、例えば、アルキルアクリレートおよびメタアクリレートの如ｐビニル・モノマー、スチレンおよび置換スチレン、ビニ０ルビリシン等の塩基性モノマーを含む。上記および酸性モノマー、例尤ばアクリル酸またはメタアクリル酸の如き他のビニル・モノマーを用いて調製されたコポリマーが使用できる。このようなコポリマーは、ジビニルベンゼン、グリコールジメタアクリレート、トリアリルシトレート等の多官能性モノマーを少量含むことができる点が望ましい。

このような複合キャリア粒子の調製とけ、熱可塑性樹脂材料を軟化させるため、または熱硬化性材料の硬化のための熱の付加、液状の媒体を除去するため蒸発乾燥、またはキャリア粒子の形成のための成形、形造、押出し等、および裁断または剪断時の圧力または熱と圧力の使用、キャリア材料を適当な粒度に小はくするため例えばボールミルにおける研磨、および粒子の分類のためのふるい作業を含むことができる。

１つの調製方法に従って、粉末化された磁性制料が結合剤の樹脂のドープまたは溶液中に分散される。次に溶剤は蒸発させることができ、その結果得られる固体を研磨およびふるい分けにより分級して適当な粒度のキャリア粒子を得る。

別の手法によれば、乳濁−１！たは懸濁による重合法を用いて優れた平滑度および有効な使用寿命の均一なキャリア粒子を得る。

（結合剤または複合キャリア粒子の如き）磁性材料に関して本文において用いた如く、用語最大保磁力および飽和保磁力とは、外部の磁界に静止状態に保持し材料が磁気的に飽和状態にされた後（即ち、材料が恒久的に磁化され食後）％材料の残量（Ｂｒ）を零に減少させるため必要な外部の磁界（以下に述べる如くガウス単位で測定）の強さを意味する。特に、キャリア粒２１子の磁性材料の最大保磁力を測定するためには、材料のサンプル（ホリマー母材で固定化された）を米国ニューシャーシー州プリンストン市のＰｒ１ｎｃｅｔｏｎ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ社から入手可能な同社の１５５型振動型サンプル磁力計のサンプル・ホルダー内に定置して、外部の磁界の磁気ヒステリシス・ループＣガウス単位）対誘導磁気（ＥＭＵ／ｇ）　をプロットすることができる。

第６図は、磁気的に飽和した時の典型的な「硬質」磁気キャリアにおける対するヒステリシス・ループＬを示す。キャリア材料が磁石的に飽和状態にされかつ強さが逓増する付加磁界Ｈ内に固定される時、材料中に最大即ち飽和磁気モーメント１３ｓａｔが生じる。もし付加磁界Ｈが更に増加されるならば、材料中に誘起されるモーメントはこれ以上増加しない。付加磁気が零まで逓減され、付加された極性を反転させ、逆の極性が逓増される時、キャリア材料の誘導モーメン）Ｂは最終的には零となり、このため誘起極性において反対の閾値となる。残留磁気Ｂｒの零に至る減少をもたらすに必要な付加磁界Ｈの値（上記の磁力計装置における如き空隙においてガウス単位で測定される）は材料の最大保磁力Ｈｅと呼ばれる。本発明において有効な現像剤のキャリアは、複合または結合剤を含まぬキャリアの如何を問わず、磁石的に飽和状態に置かれる時少なくとも５００ガウス、最も望ましくは少なくとも１０００ガウスの最大保磁力を呈することが望ましい。

コアの回転運動中塗布装置のシェル上にキャリア粒子を保持し、またこれにより画像に対するキャリアの移転を低減させるため塗布装置とキャリア粒子間に充分な吸引作用が存在することもまた重要である。従って、回転するコアの磁界ＨＫよるキャリアの磁性材料に誘起される磁気モーメントＢは、付加磁界がＬＯＯＯガウス以上である場合に、望ましくは少なくとも５重ＭＵ／ｇｍ％更に望ましくは少なくとも１　ｏ１ｉｒＭＵ／ｇｍ　、最も望ましくは少なくとも２５重ＭＵ／ｇｍである。このため％１０００ガウスにおいて４０乃至１０１００Ｅ／ｇｍの誘導磁気を有するキャリア粒子が特に有効であることが判った。

第６図は、そのヒステリシス・ループが例示の目的のため同じである２つの異なる材料における誘導磁気モーメン）Ｂを示している。これらの材料は、磁界の透磁率カーブＰ１およびＰ２によシ表わされる如く磁界に対して異なった状態で応答する。

図て示すような１０００ガウスの付加磁界の場合は、材料Ｐ工は約５ＥＭＵ／ｇｍの磁気モーメントラ有するが、材料はＰ２は約１５ＥＭＵ／ｇｍの磁気モーメン）ｋ有する。いずれか一方の材料の磁気モーメントを増加するためには、当業者は少なくとも２つの手法からの選択が可能である。即ち％１，０００ガウス以上にコアの付加磁界を増加するか、あるいは磁性材料をオフラインでコア磁界より高い磁界に曝した後回びこの材料をコアの磁界に装入するかのいずれかである。このようなオフライン処理においては材料は磁気的に飽和することが望ましいが、このような場合には第６図に示された材料のいずれも約４０ＥＭＵ／ｇｍの誘起磁気モーメントＢ？呈する。

当業者には、本発明において有効な２つの成分の現像剤におけるキャリア粒子はその未使用の即ち真新しい状態において磁３化される必要はない。このように、現像剤は要らざる粒子間の磁気による吸引作用もなくオフラインで系統化して取扱うことが可能である。このような事例においては、必要な最大保磁力の要件はさておき、現像剤が回転可能なコアもしくはある他のソースに露呈される時、キャリアが充分な誘起磁気モーメントＢを得て塗布装置のシェルに付着することのみが単純に重要である。一実施例においては、未使用のキャリアの磁性材料の透磁率は、現像剤が塗布装置と接触する時、その結果中じた磁気モーメントが上記の如きオフライン処理の必要もなくキャリアをシェルに保持するに充分であるように充分に高い。

有効な「硬質の」磁性材料としてはフェライトおよびγ酸化第二鉄を含む、キャリア粒子は、主な金属成分として鉄を含む磁性を有する酸化物の化合物であるフェライトからなっている。

例えは、一般式ＭＦｅＯ２またはＭＦｅｚＯ４（但し、Ｍは第−価または二価の金属を表わし、鉄は＋３の酸化状態にある）を有する塩基性金属の酸化物で形成される酸化第二鉄Ｆｅ２Ｏ３の化合物がフェライトである。

望ましいフェライトは、ＢａＦ　８１２０１９　、　Ｓｒ　Ｆ　Ｂ　１２０１９　の如き、ＺリウムおよびＣ捷たけ）ストロンチウムを含むものであり、壕だ参考のため本文に引用される１９７３年２月１３日発行のＢ、Ｔ、５ｈｉｒｔの米国特許第１７１６，６３０号に開示される如き構造式ＭＯ・６Ｆ　Ｅ１２０３　（但し、Ｍはバリウム、ストロンチウムまたは鉛）を有する磁性を有するフェライトである。

本発明において有効な「硬質の」磁気キャリアの大きさは広い範囲で変化し得るが、平均粒度は１００μより小さい。望まし４い平均キャリア粒度は、約５乃至４５μの範囲内にある。現像された画像によるキャリアのピックアップを最小限度に抑える観点から、このような小さなキャリア粒子を磁気的に飽和させることが望ましく、その結果例えば１０００ガウスのコア磁界においては、少なくともＩＯＥＭＵ／ｇｍの磁気モーメントが誘起され、少なくとも２５重ＭＵ／ｇｍ　の磁気モーメントが誘起されることが望ましい。

本発明によれば、乾式の２成分からなる組成を形成するため電気的に絶縁性を有するトナー粒子と組合せてキャリア粒子が使用きれる。使用においては、トナーおよび現像剤は反対の静電荷を呈し、かつトナーは現像される静電像と反対の極性を持たねばならない。

トナーおよび「硬質の」磁気キャリアの摩擦帯電状態は、トナーおよびキャリアの粒子が相互に混合する時所要の極性および電荷の大きさを生じるように摩擦電気的に直列位置関係の配位を有する材料を選択することによって得られる。もしキャリア粒子が使用されたトナーにより要求通りの電荷を持たなければ、キャリアはこのような電荷を有する利料を用いて被覆することができるヮ本発明のキャリア／トナーの現像剤の混合物は色々なトナー濃度を持つことができ％捷た高い濃度のトナーを使用することが望ましい。例えば、現像剤には約７０乃至９９重量％のキャリアを、また現像剤の全重量に基づいて約３０乃至１重量係のトナーを含み得、またこの濃朋は約７５乃至９０重量係のキャリアおよび約２５乃至８重９％のトナーとなることが望捷しい。

２５トナー成分は、任意に着色される粉末状の樹脂でよい。このトナーは、通常は、着色剤、即ち染料または顔料、および他の必要な添加剤と樹脂を化合させることによって調製される。もし低い不透明度の現像画像が要求されるならば、着色剤の添加は不要である。しかし、通常は着色剤は包含され、また原則的には、「色彩の指標」第１巻および第■巻、第２版に記載された材料のどれでもよい。特に、カーシン・ブラックが有効である。着色剤の量は広い範囲にわたって変化し得、例えばポリマーの３乃至２０重量％であシ得る。

混合物は、着色剤および他の添加剤を粒子中に分散させるため加熱され撹拌される。できあがったものは冷却され、導体に粉砕され、微小粒子に挽かれる。その結果得られるトナー粒子の粒度は０５乃至２５μの範囲にわたり、平均粒度は１乃至１６μとなる。このため、本発明における現像剤を平均粒度に比較的近いトナー粒子およびキャリア粒子により系統化することが特に有効である。例えば、トナーに対するキャリアの平均粒度比率が約４：１から約１：１に範囲内にあることが望ましい。しかし、５０：１にも達するキャリア対トナーの平均粒度比率もまた有効である。

トナー粒子は、例えば１９７８年２月２８日発行のＫａ日ｐｅｒ等の米国特許第４０７ａ８５７号において開示された如き天然および合成の両方の樹脂および変成された天然樹脂を含む広い範囲の材料から選択することができる。特に％１９７６年２月１７日発行のＪａｄｗｉｎ等の米国特許第３９３　ａ９９２号および１９７６年３月２日発行のＳａｄａｍａｔｓｕ等の同第３９４１８９８号に開示された橋かけ結合ホＩＪマーが有効である。アルキルアクリレートまたはメタアクリレートの如きアクリルモノマーによるスチレンまたは低級アクリルスチレンの橋かけ結合または橋かけ結合されないコポリマー類が特に有効である。、また、ポリエステルの如き縮合ポリマーもまた有効である。

トナーの形状は、研磨されたトナーの場合におけるように不規則的な形状、もしくは球形状も）のでよい。球形状の粒子は、トナー樹脂の溶液を溶剤中に噴射乾燥することにより得られる。

あるいけまた、１９７９年９月５日発行のＪ　、　Ｕｇｅｌｓ　ｔａｄのヨーロッパ特許第３９０５号において開示されたポリマービート９の膨潤法によって調製が可能である。

トナーはまた、帯電制御剤および凝集防止剤の如き成分を少量含むこともできる。特に、有効な帯電制御剤は米国特許第３８９１９３５号および英国特許第１５０Ｌ０６５号において開示されている。１Ｒｅｓａａｒｃｈ　Ｄｉｓｃ１ｏｓｕｒｅＪ第２１０３０号、第２１０巻１９８１年１０月号（英国ハンプシャ、ハヴアント、ホームウェル、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　０ｐｐｏｒｔｕｎｉｔｉｅｓ　Ｌｔａ、発行）に開示される如き第四級アンモニウム塩の帯電剤もまた有効である。

本発明によるある特定の現像システムの構造の下記の事例が。

上ｒの更に一般的な望ましいパラメータについて更に理解を深めるために有効である。本事例においては、約３０．０ｃｍ／秒（１１，４インチ／秒）の公称作動速度を有する像形成部材を用いる第１図に示した如き電子写真装置においてこの現像システムが内蔵されていた。本現像システムは、別個の駆動部２３　、２４を有する第２図に示される独立的に回転自在なシェル部分２１とコア部分２２からなる塗布装置を含むものであった。このシェル部分はステンレス鋼から形成され、約５．１ｍ（２インチ）の直径および約０．１０ｃＷＬ（０，０４０インチ）の肉厚を有する。前記コア部分は、第１図および第２図に示される如きその局部に１２個の磁石片を配置したアルミニウムから形成された切欠きを入れた円筒部分２６からなる。外側のコア面と外側のシェル面間の間隙は約０．１３±０．００８ｃｒｎ（０，０５±０００３インチ）であった。磁石は、米国特許第４０４４２５１８号に開示された如き硬質フェライト材料から形成され、シェル面において１ｏｏｏガウスの磁界を呈した。シェルから光電導体までの間隙は約０，６４±０．０３　ｃｍ　（０，０２５±００１インチ）であって、約１．０＋ｕａ（０，４インチ）の現像区域を提供するものであった。薄片３０を現像区域から上手位置のシェルから（現像剤の流れ方向に対して）約０．０６４ＣＴｒＬ（０，０２５インチ）＃間した。現像剤は、硬質の磁気キャリアと電気的に絶縁性を有する前述の如きトナーの混合物からなるものであった。

約−３５０ボルトの露呈しない黒化帯電領域を有する静電潜像約−９０ボルトの「白」で露光された帯電領域、ならびに中間の画像帯電領域が塗布装置のシェルに対して付加された約−１００ボルトのバイアスにより現像された。

磁気コアは光電導体に対して反時計方向（第１図における時計方向）に１５００　ｒｐｍで回転され、シェルは光電導体に対して並流方向（第１図における反時計方向）に約３６　ｒｐｍで回転された。これらのコアおよびシェルの回転速度は、毎秒約３００回の磁極転換を生じ、かつ現像区域を通って光電導体と８並流方向に約３０．０閏／秒（１１，４インチ／秒）の現像剤の累積流量を生じた。その結果得た現像剤の画像は、優れた最大濃度領域、良好々コントラスト階調、最小のキャリア・ピックアツプ量、前後の縁部の欠点および第４Ａ図乃至第４Ｃ図に示される種類の画像の欠点のないことを示すものであった。

〔産業上の利用の可能性〕

本発明の一つの重要な利点は、現像された画像において欠点が実質的に減殺されることである。本発明はまた、現像された画像の完全度および均一度、即ち目に見える「平滑度」の観点からの利点を提供するものである。別の重要な利点は、本発明が現像された像形成部材におけるキャリアのピックアツプ量の低減を容易にすることである。本発明の望ましい実施態様は、上記の利点の全てからその共働効果てよる利点を享受する電子写真方式の画像現像の方法、装置およびシステムを提供するものである。

国際間、査報告

Claims

【特許請求の範囲】１、静電像パターンを保有して現像区域を通るように運動する静電像形成部材を現像する方法であって、現像剤が硬質の磁気キャリアの粒子および電気的な絶縁性を有するトナ２粒子とがらなシ％電気的にバイアスを掛けた非磁性シェルとこのシェル内の交互の磁極を有する磁気コアとを有する磁気ブラシ式塗布装置を用いる方法において、前記現像剤が前記像形成部材の方向と並流方向に前記現像区域を通るように、かつ前記像形成部材の速度と略々等しい速度で移動される如くなす速度で前記コアを回転させ、また前記シェル上に付着したトナーによる現像効果を避けるよう前記シェルを回転させることを特徴とする方法。２　前記像形成部材の速度に対し±７％より大きくない差を有した直線速度で該像形成部材と並流方向に現像剤が前記現像区域を通るよう流れるように、前記シェルおよびコアが回転されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。３　前記現像剤が前記像形成部材の直線速度と実質的に等しい直線速度で前記現像区域を通るよう流れるように前記シェルおよびコアが回転されることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。４　前記シェルの回転速度が、その周面の速度ＶＥＩＩ　、　ｓ　（ｃ１ｎ／１単位）が、Ｖｅｌ、ｓ　）Ｖｅｌ、ｍ−Ｌ　（但し％Ｖｅ１ｍは前記像形成部材の直線速度（譚／秒単位）、およびＬは前記現像区域の像形成部側およびシェルの経路に沿った大きさく傷単位）であ０とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法。５、前記シェルの回転速度が、その周面の速度Ｖｅ１．ｓ　（ｃｍ／秒単位）が、Ｖｒｌ、ｓ　）　１．２Ｖｅ１．ｍ−Ｌ　（但し、ＶＱｌ、Ｉｌｌは前記像形成部材の直線速度Ｃ譚／秒単位）、およびＬは前記現像区塚の像形成部材およびシェルの経路に沿った大きさく国単位）である）なる関係と一致するように充分な大きさであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法。６　前記コアの回転速度が、各光電導体部分を現像区域を通るその通過の間少なくとも５回の磁極の転換にさらすに充分であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法。７、前記コアの回転速度が、各光電導体部分を現像区域を通るその通過の間少なくとも５回の磁極の転換にさらすに充分であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。８　前記シェルが前記像形成部材の運動と並流方向に前記現像区域を通過するように回転させられ、別の現像剤移動要素が前記シェルとコアの双方により寄与されるように、前言ｅコアがこれと反対の方向に回転されることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の方法。９、前記シェルが前記像形成部材の運動と並流方向に前記現像区域を通過するように回転させられ、別の現像剤移動要素が前記シェルとコアの双方により寄与されるように、前記コアがこれと反対の方向に回転されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の方法。