JPS6111757A - 非磁性一成分現像方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は静電潜像を可視化する現像方法に関するもので
あり、さらに詳しくは網点画像の階調性及び線画像のシ
ャープさに秀れ、かつベタ黒部の再現性に富んだ非磁性
−成分現像剤を使用する現像方法に関するものである。

従来の技術 カールソンの米国特許第２．２９７，７９１号に開示さ
れている電子写真の方法は［光導電性絶縁層を有した感
光体を一様に帯電させ、像露光により静電潜像を形成し
、これを例えば、検電粉のような物質で可視像化すなわ
ち現像し、その後用紙に転写、定着を行なう」という方
法である。この静電潜像の現像方法については、カスケ
ード現像、磁気ブラシ現像、液体現像がよく知られてい
る。一方、他の重要な現像方法に、米国特許第２゜８９
５．８４７号に開示されたドナーと呼ばれるトナー担持
部材を使用した雁写現像方法がある。

この特許Ｃ述べられている。転写現像方法は（１）トナ
ー層と感光体が非接触で、トナーがこの間隙を飛翔する
場合、（２）トナー層が感光体と回転接触する場合、（
３）トナー層が感光体と接触し、画像面をすべる場合、
の総称であり、「タッチダウン現像」としてもよく知ら
れている。

・一方、転写現像方法の大きな問題は、背景部のカプリ
にあり、これを改善するために、米国特許第２．２８９
．４００号において非接触転写現像方法が提案された。

しかしながら、このような感光体とドナーとの間隙をよ
ぎってトナーを飛翔させて現像するためには０．０５ａ
ｍ以下、出来れば０．０３ａａ以下に間隙を制御する必
要があり、感光体及びドナーの機械的精度の点からはな
はだしい困難があった。この問題を解決するために、米
国特許第３．８６６．５７４号、第３，８９０゜９２９
号及び第３，８９３，４１８号には、感光体とドナーと
の間に、交番電界を印加する方法が開示され、公知とな
っている。特に米国特許第３゜８６６、．５７４号では
現像間隙と交番電界との関係が述べられており、現像間
隙Ｄｇは　０．０５闇≦Ｄ　≦０．１８ａｌｌ、交番電
界の周波数ｆは１．５ＫＨ２≦ｆ≦１０ＫＨｚ、交番電
界の振幅■　　　は、■　　　≦８００ボルトの関係を
満゛ｐ−ｐ　　　　　　ｐ−ｐ 足するＤ　　　ｆ、Ｖ　　　　がライン現像を最良に０
’　　　　　　　ｐ−ｐ し、背景部のカブリを最小にすると説明されている。一
方トナーの帯電量は一定の処方により製造・調合された
としても、粒度のバラツキ、トナー個々の物性のバラツ
キにより、ある分布を持つがほぼ一定値のまわりに狭く
分布している。従って、米国特許第３，８６６．５７４
号に述べられている非接触転写現像方法では、トナーが
現像間隙を飛翔する閾値（以下飛翔閾値と呼ぶ）が存在
し、この閾値を越える表面電位の所にはトナー付着が生
じ、この値以下の表面電位の所にはトナー付着が生じな
いという二値的な現像特性になり、所謂γ（ガンマ−静
電像電位に対する画像濃度の特性曲線の勾配）の極めて
高い、階調性に乏しい画像になってしまうという欠点が
あった。また、たとえ、トナーの電荷分布が広くとも交
番電界の振幅Ｖ　　　が８００ボルト以下では一部のト
ナーし−ｐ か飛翔せず、結果的に高いγ値の画像しか得ることがで
きなくなる。

一方、このトナーの飛翔に閾値があることによって生じ
る二値的な現像特性、すなわちγの立つた階調性に乏し
い現像特性を改善する現像方法が特公昭５８−３２３７
５号に開示されている。この公報記載の発明は上述の非
接触転写現像の問題点を克服するために、現像間隙に低
周波の交番電界を印加し、トナー担持体から感光体への
トナーの転位、感光体からトナー担持体への逆転位の工
程を交互に繰り返゛すことを特徴としている。又、ここ
で示されている転位、逆転位の効果は印加バイアス電圧
の周波数が２ＫＨｚ以上ではほとんど無く、Ｉ　Ｋ　ｆ
−１ｚ以゛下で極めて良好な効果になると記載され−Ｃ
いる。

この低周波交番電界を現像間隙に印加する現像方法は、
トナーの電荷分布が狭く、現像間隙の飛翔に明確な閾値
がある場合、表面電位に忠実にトナー付着を生じさせる
という点においでは有効であると考えられる。

しかしながら、非接触転写現像の場合、現像間隙が０．
１ａｍ以上になると高い空間周波数の静電潜像の場合、
トナー担持体上で電気力線が分解されず、画像部、非画
像部同一の電場となってしまう、換言すれば極めて細い
線又は点で構成された画像が゛つぶれる″問題が発生し
た。以下この現象を詳細に説明する。“つぶれ”の指標
に以下に示す式で定義されるＭ値を用いて説明を行なう
。

ここでいうΔＤは現像画像上の画像部と非画像部との間
の画像濃度差である。第１図にこのＭ値と潜像の空間周
波数との関係を示す。この結果より、５ノ・ｐ（ライン
・ベアー）／ａｍ＋程度までは解像されるが６ノ・ｐ／
ｍ以上では画像部、非画像部が全く区別出来ないことが
わかる。更に、画像を顕微鏡により観察した所、現像画
像に“っぷれ”が生じていることがＭ値低下の原因であ
ることが判明した。一方網点画像の現像特性は第２図に
示した如くで６５線／インヂ以上になると画像部につぶ
れが生じ、画像入力範囲と現像された像の範囲にずれが
生じる。その結果、高い線数の網点印刷物の現像像は全
般に暗くなり、細部のコントラストがない不鮮明な画像
になるという大きな問題点がある。この問題点を克服゛
りるために、前述の特公昭５８−３２３７５号に開示さ
°れている低周波交番電界を印加する方法を試みた所、
たしかに階調再現性は改善され、比較的感光体表面電位
に忠実に現像される、ようになった。しかしながら、こ
の効果は６５線／インチ以下の所ぐあり、高い線数の所
では全く効果がなかった。

この低周波交番電界の効果がない理由は、高い網点画像
のつぶれが飛翔閾値による二値的な高いγ特性によるも
のではなく、静電潜像によって生ずる電界が潜像に忠実
ではなく、トナー担持体−して画像部、非画像部の電界
に差がないということ、換言すれば電界としてコントラ
ストがないことに起因している。

更に、Ｉ−ナー担持体が適切な抵抗値と厚さを有してい
ない時、例えば通常の金属スリーブを用いた場合、感光
体近傍（１０〜２０μｍ）でも逆電界が発生しない。こ
のため画像部、非画像部の区別なく飛翔したトナーは、
現像間隙で運動エネルギーを得て、電気力線にそって忠
実に飛翔せず、非画像部にもトナー付着が生じる。

以上述べた二点、すなわち（１）トナー担持体上で静電
潜像によって生ずる電界が画像部、非画像部で差がない
こと、及び（２）ト°ナーが電気力線に沿って飛翔しな
いことによっ−（、非接触転写現像方法において、前述
した高い網点線数画像、の画像部のつぶれや低解像力の
間叩点が発生した。

ずなわら、換言リ−れば細密忠実再現性が乏しいという
問題点が発生し１ｃ。

発明の目的 よって本発明の目的は、上述の各種非接触現像方法の問
題点を解決し、ベタ黒画像等の他の画像特性を劣化させ
ることなく、網点画像再現性に富む、かつ線画像の細密
忠実再現性に秀れた視像方法を提供することである。

発明の構成 本発明によると、静電潜像保持体と、トナー層を担持１
）だ現像電極とを間隙を置いて対向させ、前記現像電極
上のトナーを前記間隙をよぎって静電潜像保持体に移動
させて静電潜像を顕像化する現像方法においで、前記現
像電極上に静電潜像保持体に而して比抵抗が１０６〜１
０１２Ω・ｃ＃Ｉの半導電性誘電体から成るトナー担持
体層を形成し、前記現像電極に高周波交番電界を印加す
ることにより静電、潜像を現像するにあたり、前記静電
潜像保持体と前記トナー担持体層間の現像間隙を０．５
ｍ以下に規制すると共に、前記現像間隙をｔ（μｍ）以
下とする時、印加づる高周波交番電界の振幅■　　　が
、 −ｐ ４００Ｖ≦Ｖ、　　、≦４５００Ｖ、がっ、５≦Ｖ　　
　　／ｌ≦５０ −ｐ の関係を満たすような高周波交番電界を印加することを
特徴とする非磁性−成分現像方法が提供される。

本発明の第１の特徴は、網点画像忠実再現性及びライン
画像忠実再現性を図るため、静電潜像部に周辺電場を生
じさせる点にある。現像電極と感光体との距離が微小（
０，１〜０．５ｍ）になると静電潜像部に周辺′電場が
生じないか、あるいはほとんど生じなくなるので現像電
極と感光体との距離はある程度とる必要がある。しかし
単に現像電極を感光体から遠ざけたのみでは、現像電極
と感光体間で放電が生じ、また移動するトナーの運動エ
ネルギーが大きいため電気力線にそったトナーの移動が
おこらず像間部にトナーが付着するという不具合が生じ
るため、現像電極と感光体との距離は大きく、かつトナ
ー、と感光体との距離は微小となるように現像電極上に
半導電性誘電体層を設【プることにより静電潜像部に周
辺電場を生じさせるようにした。この現像電極上の半導
電性誘電体層は、その比抵抗が１０６〜１０１２Ω・Ｇ
が望ましい。この理由は、導電性が高いと周辺電場が生
ぜず、また絶縁性が高くなると画像中央部の電圧コント
ラストが小さくなり画像中央部の濃度が低下づるからで
ある。感光体と半導電性誘電体層との間の現像間隙は０
．−５ｍ以下に規制する必要があり、０．１〜０．３＃
ｌＩ＋＋がより望ましい。

本発明の第２の特徴は、現像電極に高周波交番電界を印
加する点である。この理由は、現像電極を感光体から遠
ざけると現像電極と感光体との間隙をよぎってのトナー
移動が生じにくくなるので、移動を生じ易くするために
高周波の交番電界を印加してやる必要がある。この高周
波交番電界はその周波数が１〜１０ＫＨｚ、その振幅が
４００〜４５００ボルトが望ましい。さらに望ましくは
その周波数が１〜３Ｋｌ−１７で、その振幅が８００〜
２５００ボルトである。

さらに、印加する高周波交番電界は現像間隙と密接な関
係があり、現像間隙をｔ（μｍ）とする時、　　　　５
≦Ｖ　　　　／ｌ≦５０ｐ　−ｐ の関係を満たすような高周波交番電界を印加するのが望
ましい。

本発明のその他の特徴としては、静電潜像保持体速度を
Ｖ　　トナー担持体層速度を■。とするｐゝ とき、トナー担持体層上のトナー付着ｆｆ１Ｍをの関係
を満たすように規制してやることである。

トナー何着量をこのように規制することにより、良好な
る網点画像再現性を得ることができる。

実施の態様 以下本発明を図面を参照してより詳細に説明することに
する。第３図を参照すると本発明の実施の態様が述べら
れており、静電潜像保持体ドラム１に対向して、導電性
基板２上に半導電性誘電体層３を設りた１〜ナ一担持体
ロール４を間隙を置いて設けるど共に、電源５により、
トナー担持体ロール４の導電性基板２に高周波交番電界
を印加する。半導電性誘電体層３上に供給された非磁性
トナーは、トナー層形成部材６によって一様な厚さのト
ナー層になるように規制されると共に帯電されて視像領
域に搬送される。ここで電源５により、ドブー担持休ロ
ール４に高周波交番電界を印加することにより、トナー
を飛翔させて感光体ドラム１上の静電潜像を現像する構
成となっている。７はトナー供給補助ロールである。第
３図の構成にｄ３いて、感光体ドラム上の静電潜像によ
って形成される電界を、現像剤担持体層３の抵抗値と厚
さ、その誘電率、及び感光体ドラム１と現像剤担持体層
３との間隙で制御することにより静電潜像部に周辺Ｍ＠
を形成させ、網点画像の再現性及びライン画像を細密で
忠実に再現することについて以下に各種制御因子の効果
に関して説明することにする。

第４図を参照すると、この図は１７５線／インチの網点
画像再現性をあられしたもので、横軸は原稿澹皮Ｄ　　
　縦軸はコピー濃度Ｄ　　　であＩＮ゛　　　　　　　
　　ＯＵＴ る。この特性は傾きが１の直線になることが望ましい。

現像剤層担持体３の厚さノが１ｍでその比誘電率εが２
０の場合について一第４図を用いて説明する。担持体３
の比抵抗ρが１０６Ω・ｃｍ以下の場合は、ＤＩＮの高
い所で再現曲線が曲っており画像部がつぶれ、いわゆる
゛暗い″画像となる。

ρが１０７０・αになると再現曲線は比較的直線的にな
り、傾きも１に近くなる。更にρが１０８０・１以上の
場合は、ＤＤ ＩＮ’　　ＯＵＴ”関係 が傾き１で直線となり、画像はつぶれのないすぐれた細
密忠実網点再現性を示した。第４図ではトナー担持体３
の厚さノが１１ＩｕＲの場合であるが、よく知られてい
るように電気的な厚さ、いわゆる誘電厚（Ｌ）で表現し
た方がより一般的であり、第ε ｔ　　　　　　　　　−５ ４図のトナー担持体３は、　、＝５Ｘ１０ということに
なる。

一方、現像剤担持体の厚さｌが厚くなりすぎると潜像の
フリンヂ電場が強められ、ベタ黒部の均一性がそこなわ
れるという問題が発生した。これを第５図を参照して説
明する。　担持体層厚ノが３ｍｍ＜または、−が１．５
ｘ１０　　　）以下の場ε 含、担持体比抵抗ρが１０６〜１０１２Ω・Ｃｍの範囲
でベタの均一性に関して許容範囲であった（第５図でＣ
点Ｊ：り上方）。一方、担持体厚！が５調（又は−が２
．５Ｘ１０　　　）の場合、ρはε １０１０Ω・ｃｒｓ以下が許容範囲内のベタ均一性を示
し、ｌが８履く又はＬが４．０ＸＩＯ−４）のε 場合は、ρは１０８Ω・ｃｒｒｒ以下であった。

以上種々実験した結果、網点画像再現性及びベタ黒部の
均一性を共に満足するトナー担持体層の比抵抗ρは１０
６〜１０１２Ω・ｃａｒであり、誘電厚Ａは４．０×１
０−４より小である必要のあるε ことが判明した。

本発明の非接触転写、現像方法は、現像間隙の電界を、
単に、静電潜像によるものばかりでなく、外部より現像
電界を印加することが大きな特徴の一つである。この特
徴に関して第６図、第７図を用いて詳細に説明する。第
６図は感光体表面電位と現像トナー偵との関係を示した
もので、現像間隙１５０μ、トナー担持体比抵抗ρ−１
０１００’　ｃｍ、厚さＩ＝１ｍ、比誘電率ε−２０、
感光体の背景電位２５０■の場合の実施例である。現像
間隙に印加した電１ｆはＤ　Ｃ３００Ｖある−いはＤＣ
３００Ｖ＋ＡＣ２０００Ｖであり、交番電界の振幅をＩ
ＫＨ７から３ＫＨｚに変化させ′Ｃ実験した。

線（ｄ）にみられるように、背景電位部（２５０Ｖ）に
トナーが飛翔するのを抑制するＤＣバイアス３００Ｖを
印加しただけではトナーは現像間隙を飛翔することが出
来ない。このＤＣバイアスにＡＣ２０００Ｖの高圧電圧
を重畳させで印加した場合が（ａ）〜（Ｃ）の直線で示
されている。第６図に示した様にＡＣの交番電界をＤＣ
に重畳させて印加するとトナーは現像間隙を飛翔し、感
光体電位に忠実な現像特性が得られる。この現像特性の
γ値は印加するＡＣバイアスの周波数に依存しており、
周波数がＩＫＨｚ以上の範囲で良好な間隙飛翔がおこる
。ただし、ＡＣバイアスの周波数が１０ＫＨｚ以上の場
合、トナーの移動が応答せずＡＣバイアスの周波数上限
値は１０ＫＨｚと考えられる。第７図はトナーを担持体
から引き岨しかつ感光体へ飛翔させるために必要なＡＣ
バイアス電圧のピーク間電圧■　　　と担持体厚（ｔ）
−ｐ 十現像間隙（ｄ）との関係を示した。第６図と同様にト
ナー担持体の比抵抗ρ−１０１０Ω・ｃｍ、比誘電率ε
−２０、感光体の前景部電位は２５０■であり、印加す
る交流バイアスの周波数は２に！−Ｉ　Ｚを採用した。

例えば、担持体厚ノが２０μｍｊ！−６ （又は−・−ＩＸｌｏ　　　）、現像間隙ｄが８０ε μｍの揚台、飛翔開始ＡＣバイアス電圧■ｐ−ｐは、図
から判るように４００Ｖ以上必要である。

又ノ」ｄが１ｍ−の場合には、■　　　は１０００−ｐ Ｖ以上必要で、ｌ−＋−ｄが３閣の時には・■、−０は
３０００Ｖ以上必要であった。このＶ　　　は、−ｐ 担持体の比抵抗ρ、比誘電率ε、ＡＣバイアスの周波数
ｆでも変化するが、通常の場合、４００Ｖ≦Ｖ　　　≦
４５００Ｖの範ｌであれば十分にト−ｐ ブーを飛翔させることが出来る。さらに、望ましくは８
００Ｖ≦ｖ　　　≦２５００■である。

−ｐ さらに印加づ゛る交番電界の振幅■　　　は現像−ｐ 間隙と密接な関係があり、現像間隙をｔ（μｍ）とづる
と、種々実験した結果５≦Ｖ　　　　／ｌ≦−ｐ ５０の関係を満足りる場合に良好なる現像結果が得られ
た。Ｖ　　　　／ｌが５Ｊ：り小さい場合は１〜−　ｐ ナーの飛翔がほとんど起こらず、また５０より大ぎい場
合には、印加する高周波交番電界により放電が発生した
。よってＶ　　　　／ｌの値は上述し−ｐ た範囲が望まり、い。さらに現像間隙は０．５間以下に
規制する必要がある。これ以上の現像間隙では網点画像
及び線画像の忠実な再現が得られない。

より望ましくは、この間隙を０．１〜０．３ｍ＋にする
と好ましい結果が得られる。

次に良好なる現像結果を得る為には、トナー担持体層３
上のトナー付着量を、ドブ一層形成部材６によって規制
してやる必要がある。今、トナー担持体層上のトナー付
着量をＭ、ｔ−ナー担持体の速度を■　　静電潜像保持
体の速度をＶｐとしたＤゝ では線画像の太り及びつぶれが発生ずる為に、の範囲に
ドブ−付着量を規制してやる必要がある。

トナー付＠量をかく規制することにより、良好なる網点
画像再現性及び線画像再現性が得られた。

発明の効果 本発明の現像方法によると、ベタ黒両像等の他の画像特
性を劣化させることなく、網点画像再現性に富む又線画
像の細密忠実再現性に秀れたコピーを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は画像の“つぶれ”の指標であるＭ値と空間周波
数との関係を示すグラフ、第２図は画像入力領域と画像
出力領域との対応関係を示すグラフ、第３図は本発明の
現像方法における感光体とトナー担持体との配置を示し
た概略図、第４図はトナー担持体層の比抵抗を変化させ
た場合の網点画像再現性のグラフ、第５図はトナー担持
体層の厚さｌを変化させた場合のトナー担持体層の比抵
抗とベタ黒均−性との関係を示すグラフ、第６図は感光
体表面電位と現像トナー量との関係を示ッグラフ、第７
図はトナー担持体厚＜１＞十現像間隙（ｄ）、すなわち
現像電極から感光体表面までの距離りと飛翔開始ＡＣバ
イアス電圧との関係を示すグラフである。 １は静電潜像保持ドラム、２は導電性基板、３は半導電
性誘電体から成るトナー担持体層、４はトナー担持休１
］−ル、５はバイアス電源、６はトナー層形成部材であ
る。 出願人　　富士ゼロックス株式会社 代理人　　弁理士（７５３８）　　松本　昂第１図 空閤刈坂我　（ｊ−ｐ／ｍｍ） 第２図 剰り入柳城閣 と＝２０ ＤＩＮ 第５図 ｆ（Ω・ｃｍ） 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）静電潜像保持体と、トナー層を担持した現像電極
   とを間隙を置いて対向させ、前記現像電極上のトナーを
   前記間隙をよぎつて静電潜像保持体に移動させて静電潜
   像を顕像化する現像方法において、前記現像電極上に静
   電潜像保持体に面して比抵抗が１０＾６〜１０＾１＾２
   Ω・ｃｍの半導電性誘電体から成るトナー担持体層を形
   成し、前記現像電極に高周波交番電界を印加することに
   より静電潜像を現像するにあたり、前記静電潜像保持体
   と前記トナー担持体層間の現像間隙を０．５ｍｍ以下に
   規制すると共に、前記現像間隙をｔ（μｍ）とする時、
   印加する高周波交番電界の振幅Ｖ＿ｐ＿−＿ｐが、４０
   ０Ｖ≦Ｖ＿ｐ＿−＿ｐ≦４５００Ｖ、かつ、５≦Ｖ＿ｐ
   ＿−＿ｐ／ｔ≦５０ の関係を満たすような高周波交番電界を印加することを
   特徴とする非磁性一成分現像方法。 （２）印加する高周波交番電界の周波数が１〜３ＫＨｚ
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   現像方法。 （３）前記静電潜像保持体速度をＶ＿ｐ、トナー担持体
   層速度をＶ＿Ｄとするとき、トナー担持体層上のトナー
   付着量Ｍを ０．５ｍｇ／ｃｍ＾２≦Ｍ（Ｖ＿Ｄ／Ｖ＿ｐ）≦２ｍｇ
   ／ｃｍ＾２の関係を満たすように規制することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の現像方法。