JPS61200552A - 現像方法及び装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は静電潜像をトナーとキャリヤとから成る二成分
系現像剤を用いて現像する現像方法及び装置に関するも
のであり、より詳細には現像剤の経時変化に対しても安
定した現像が実施できる現像方法及び装置に関する。

（従来技術） 商業的な静電写真複写機においては、感光体を帯電、露
光、現像、転写、クリーニングの各行程から成る複写プ
ロセスを繰り返して多数枚の複写物を得ている。そして
この複写プロセスの回数が多くなるに従って複写物の地
肌汚れ（一般にカプリと称せられている）が目立って（
るという問題があった。

従来このカブリの原因は感光体の疲労による残留電位の
増加と考えられ、カブリ防止対策についてもこの面から
研究されてきた。例えば、残留電位を打消すだめのバイ
アス電圧を感光体ドラムと現像スリーブとの間に印加し
てカブリを防止するのに際し、感光体の疲労状態を、表
面電位測定用プローブにて非画像部の残留電位として検
出し、検出信号に応じて印加するバイアス電圧を増加さ
せて、感光体の疲労に伴ったカブリを適時防止しようと
するものである。この方法に従えば感光体の残留電荷の
増加に伴ったカブリ発生は有効に防止できる。

しかしながら近年の感光体研究の技術進歩は、感光体の
高寿命化を実現し、特定のセレン化合物や非晶質シリコ
ンを用いた感光体においては十数方杖のコピーという高
寿命化を可能とし、目立った残留電位の増加も発生して
いない。この状況下においても二成分系現像剤を使用す
る場合は複写プロセス回数の増加に伴って依然としてカ
ブリは発生するという問題が残る。そのため、使用回数
に従って複写機の光量調節機構と連動した画像濃度調節
レバーを走査し、カブリを抑制するという手作業を余儀
なくされていた。そして初期画像の晶質が漸次劣化して
いく中で一定の限度を越えた場合には定期メンテナンス
として現像剤の交換を行うのが常であった。

即ち、この場合のカブリ発生の原因を現像剤の劣化、特
にキャリヤ表面へトナーが付着してスペントが発生し、
トナーに一定の電荷を付与することができなくなったこ
とによるトナー飛散と考えカブリ発生度合をキャリヤの
寿命と結論付けていたためである。従ってこの様なカブ
リに対しては、残留電位を検知する前述した防止手段は
無価値なものにすぎず、違ったカブリ防止手段の開発が
望まれている。

（発明の目的） 本発明者等は現像剤劣化によるカブリ発生のメカニズム
について鋭意研究した結果、劣化原因が主としてキャリ
ヤに存在すること、キャリヤの劣化が単にスペントトナ
ーによる表面劣化だけでないこと、及びキャリヤを含め
劣化した現像剤の抵抗が増加することに着目し、現像剤
の根本的な寿命を延ばすことまでにはいかないまでも、
本来有している寿命限界まで一定の高品質画像を維持す
ることを案出するに至った。

しかして本発明の目的は、現像剤の寿命限界内において
カブリの発生を防止し一定の高画像品質を維持すること
が可能な現像方法および装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は現像剤の寿命限界内での保守作業
を不用とする現像方法及び装置を提供することにある。

本発明の第３の目的は、通常の複写機の使用においてカ
ブリの面から捕らまえた現像剤の寿命にこだわらず、本
来有している現像剤の寿命限界までの現像剤の延命が図
れる現像方法および装置を提供することにある。

（発明の概要） しかして本発明によれば、静電潜像をトナーとキャリヤ
とから成る二成分系現像剤にて現像を行う方法において
、 現像剤の抵抗値変化に応じて現像バイアス電圧を変化さ
せて現像を行うことを特徴とする現像方法が更に、磁性
キャリヤ粒子及びトナー粒子とから成る現像剤を収容す
る現像容器と、表面に該現像剤の一部を保持し磁気ブラ
シを形成搬送するためのマグネットを内側に備えた円筒
状スリーブを有する磁気ブラシ形成機構、該磁気ブラシ
を所定の長さに規制するための穂切機構とを具備する現
像装置において、 前記現像スリーブと前記穂切機構との間の現像剤の抵抗
を検出するための検出手段と、該検出手段が検出した抵
抗値に応じて印加電圧を変化し得る現像バイアス電圧印
加機構とを更に備えたことを特徴とする現像装置が提供
される。

（発明の内容） 本発明は前述したようにカブリの発生メカニズムについ
て検討した結果、現像剤の劣化による抵抗変化を検出し
て、自動的に印加するバイアス電圧を調整しようとする
ものである。以下このバイアス調整方法をオートバイア
スと称する。

本発明者等らは、現像剤の劣化によるカプリ発生メカニ
ズムを以下のように考えている。即ち、 （ｉ）カプリの発生が現像剤、特にキャリヤの劣化であ
って劣化が進むにつれてキャリヤが高抵抗化することに
より発生する。この理由は、新しく調整した現像剤の電
気抵抗が、トナー濃度を一定の範囲に制御しているにも
かかわらず複写回数の増大に伴って漸次増加していくと
いう現象から推論できる。そしてこの現象は通常使用さ
れる鉄粉キャリヤやフェライト粉キャリヤにおいても見
出せるが、１．５Ｘ１０’乃至２゜５Ｘ１０６Ωの動的
電気抵抗値を有する中乃至低抵抗フェライトキャリヤで
は特に顕著である。

ここで動的電気抵抗値とは、磁気ブラシによる現像条件
下に動的に測定される電気抵抗値であり、下記の方法に
より求められる値を意味する。

即ち、電子写真感光体ドラムと同寸法のアルミ製電極ド
ラムを感光体ドラムに置換えて設置し、現像スリーブ上
に現像剤を供給して磁気ブラシを形成させ、この磁気ブ
ラシを電極ドラムと摺擦させ、このスリーブとドラムと
の間に電圧を印加して両者間に流れる電流を測定するこ
とにより、算出された抵抗値を意味する。測定に当たっ
ては、トナーとキャリヤとから成る現像剤の場合には５
０Ｖの電圧を印加し、キャリヤ単独で磁気ブラシを形成
させて測定する場合には２０Ｖの電圧を印加して、使用
する複写機に備わっている現像装置の現像条件（例えば
ドラム−スリーブ間距離や磁気ブラシの移動速度など）
に従って測定する。即ちＤ−３抵抗は使用する複写機中
の現像装置に即した抵抗値であることが理解される。以
下、この測定法による電気抵抗をＤ−３抵抗と呼ぶ。

例えば、０．５ＭΩのＤ−５抵抗を有するキャリヤに所
定の濃度にトナーを混ぜ７ＭΩのＤ−８抵抗を有する現
像剤を調整し、トナー濃度を維持しながら複写テストを
行ったところテスト終了時には４５ＭΩまで抵抗が増大
していた。

この抵抗値の上昇原因がキャリヤにあるという事実は同
じキャリヤを使用し、トナーを加えることなくキャリヤ
単独で同じ複写テストを行った場合に、テスト終了時に
キャリヤのＤ−３抵抗が８．３ＭΩまで上昇していたこ
とから明らかとなる。従って現像剤の劣化は、キャリヤ
の抵抗値増大に伴うものと考えられ、トナーのスペント
が顕著に発生する以前にキャリヤ自身の高抵抗化による
劣化が大きな因子となっていることが理解されよう。そ
してこの劣化の一因としてキャリヤ粒子の表面酸化が挙
げられる。

（ｉｉ　）キャリヤの高抵抗化に伴う現像剤の抵抗上昇
がバイアス不良を誘発することによりカプリが発生する
。

現像時には一定のバイアス電圧を印加し、非画像部への
現像（トナーが感光体表面に付着すること）を防止して
いるが、現像剤の高抵抗化に伴い当初設定したバイアス
電圧より低い電圧しか印加されず、結果としてバイアス
不良によりカプリとなって現れる。

ここでバイアス電圧について少し説明すると、複写原稿
の非画像部は、感光体上では明部として露光されるため
、主帯電により感光体表面に印加した表面電荷が消失す
る。しかしながら消失するといっても多かれ少なかれ電
位は存在し、これと反対電荷を有するトナーは付着する
こととなる。また、表面電荷が完全に消失したとしても
現像時における磁気ブラシの摺擦で摩擦電荷が発生しト
ナーが付着することもある。従ってトナーが負帯電の場
合非画像部に存在する電位より磁気ブラシ側を高くして
トナーの移行を防止する必要がある。この目的で感光体
と磁気ブラシとの間に印加する電圧をバイアス電圧とい
う。

このバイアス電圧を現像剤設定時に一定値に調整したと
しても、現像剤の抵抗上昇により磁気ブラシ先端部即ち
直接現像に寄与する部分においては、この抵抗値による
電圧降下で設定値以下のバイアス電圧しか印加されずバ
イアス不良が生じることとなる。

本発明者等は、上述した研究成果を基に、有効にカブリ
を防止する手段として、上述した現像剤の抵抗値変化を
検出し、この変化に応じてバイアス電圧の値を調節して
印加すれば常に良好な現像が達成し得ることを見出した
ものである。

（発明の好適態様） 以下図面に従ってオートバイアス機構を採用した本発明
の現像方法及び装置を説明する。

第１図は本発明の方法を採用した現像装置の一興体例を
示す。全体を番号２で示す現像装置は、非導電性材料か
ら形成された現像ノλウジング４を備えている。この現
像ハウジング４の内側下部は、キャリヤ粒子及びトナー
粒子から成る二成分系現像剤６を収容する現像剤容器８
を構成する。現像ハウジング４の前面には開口ｌＯが形
成されており、感光体ドラム１２に対面している。また
現像ハウジング４の頂面には開閉自在な扉１４によって
閉じられる開口１６が形成されている。

現像ハウジング４内の開口１０近傍に回転自在にスリー
ブ１８が配設されており、該スリーブ１８内に具備され
たマグネットローラ１９と併せて磁気スリーブを構成し
ている。また現像ハウジング４内にはスリーブ１８に関
連してその周囲に位置づけられた穂長設定部材（ドクタ
ーブレード）２０、トナー粒子供給機構２２を下部に有
するトナー粒子収容器２４、磁気スリーブより現像剤を
一旦掻き落とすための剥離部材２６及び現像剤回転攪拌
機構２８が夫々配設されている。

かかる構成を有するこの具体例の現像装置２においては
以下の手順で現像が実施される。即ち所定のトナー濃度
を有する現像剤６が現像剤容器８内のＰＨＩ域にてスリ
ーブ１８表面上に内部マグネットローラ１９の磁気的吸
引力にて汲み上げられる。ついでスリーブ１８の矢符３
０方向への回転に伴いドクターブレード２０にて一定の
穂長を有する磁気ブラシ３２が形成されるように規制さ
れる。更に所定の穂長に規制された磁気ブラシ３２が矢
符３４方向に回転してきた感光体ドラム１２に対面する
位置即ち現像領域りにくると、該感光体ドラム１２上に
それ自体公知の手段で形成された静電潜像の表面電位の
大きさに応じて摺擦により現像され感光体１２上にはト
ナー像が形成される。現像を終えた磁気ブラシ３２はス
リーブ１８の回転に伴って、剥離域Ｒにおいて剥離部材
２６により一旦スリーブ１８上から剥離される。

現像を終えた磁気ブラシ中のトナー濃度は現像によりト
ナーが消費されているため、常時一定のトナー濃度を維
持する必要性から現像剤ハウジング４内に設けられたそ
れ自体公知のトナー濃度検知機構３６からの信号により
適宜トナー粒子収容器２４のトナー粒子供給機構２２か
ら消費トナー量に応じてトナー粒子が補給される。そし
て、補給されたトナー粒子を帯電させるため、及び現像
剤のトナー濃度を均一にする目的で現像剤回転撹拌機構
２８により均一に攪拌される。

本発明の重要な特徴はかかる現像装置に現像剤劣化に応
じて適切なバイアス電圧を印加するためのオートバイア
ス機構３７を備えたことである。

本発明にかかるオートバイアス機構３７は、現像剤の抵
抗値変化を検知し当該検知信号に応じて感光体ドラム１
２とスリーブ１８との間に適切なバイアス電圧を印加す
ることを特徴とする。従って現像剤の抵抗値検出位置は
原則として実際に現像が行われる現像領域りで行うこと
が最も望ましい。しかしながら、感光体表面に存在する
種々の電荷の影響や、感光層自体が光導電体として電気
的に特殊な性質を有するため困難な点が多い。そこで本
発明者等は現像領域りと比較的条件が接近している穂長
設定部材２０とスリーブ１８との間隔を利用し、当該穂
長設定領域Ｑにおける現像剤の抵抗値を指標した。

かかる領域Ｑを選択したことは、現像領域りへ向かう磁
気ブラシの直前の抵抗値をオートバイアスの指標とでき
る点からも有効であることが理解される。

実際の抵抗値測定に当たっては、第２図に示したように
穂長設定部材２０に既知抵抗Ｒを接続して、接地させ、
また、スリーブ１８には直流電源（本具体例では１００
Ｖ）４０を接続し接地させて一つの回路とした。かかる
回路において、スリーブ１８と穂長設定部材２０との間
の現像剤６の抵抗値ＲＤと既知抵抗Ｒで分圧した時の抵
抗Ｒにかかる電位を検出し指標する。

以下この電位をＳ−Ｈ電位と称する。

次にオートバイアスの制御機構について説明する。

この制御機構は基本的には第３図に示す流れに従って制
御される。即ち、 （ｉ）Ｓ−Ｈ電位検知部 （ｉｉ）Ａ／Ｄ変換部 （ｉｉｉ　）処理部 （ｉｖ）Ｄ／Ａ変換部 （ｖ）バイアス電位出力部 の順に行われるものである。以下これらの制御について
本発明者等の行った実験例に基づいて説明する。

（ｉ）Ｓ−Ｈ電位検知 前述したようにＳ−Ｈ電位は第２図に示した既知抵抗Ｒ
にかかる電圧を検知するものであるが、具体的には第４
図に示される検知回路にて行った。第４図を参照して、
この検知回路は、既知抵抗Ｒとオペアンプから成る。オ
ペアンプ４１を電圧フォロアとして使用することにより
、既知抵抗Ｒに分圧される電位、即ちＳ−Ｈ電位を測定
する。

そしてＳ−Ｈ電位の時間的な平均値を測定するため１０
０μＦの電解コンデンサにより積分を行った。

（ｉｉ）Ａ／Ｄ変換部 検知されたＳ−Ｈ電位をデジタル信号に変換する。

（ｉｉｉ　）処理部 ここでは主として二つの処理を行う。一つは検知されデ
ジタル信号化されたＳ−Ｈ電位より所定のバイアス電位
を決定する処理と、一つはＳ−Ｈ電位の検知タイミング
を決定する処理である。

本実験においては、所定バイアス電位を、連続的に変化
させるのではなく、一定の値でもってステップ的に変化
させることにより行った。

この理由は連続的に変化させることになんら問題はない
が、現実のカプリ防止のためには、現像剤の微少変化に
対してはバイアス電位を変化させるメリットが少なく、
ある程度幅をもたせて変化させても何らデメリットが生
じないためである。そして、本実験には、感光体として
表面にａ−３ｉＣの保護層を有する非晶質水素化シリコ
ン感光体を用い、また現像剤としては平均粒径が４０μ
で０．４６　ＭΩのＤ−３間抵抗を有するキャリヤに、
平均粒径が１２μで３．４の比誘電率を有するトナーを
９．１％のトナー濃度で混合させた現像剤を使用したた
め、第１表に示したＳ−Ｈ電位とバイアス電位の関係に
従って制御を行った。

この条件は使用する感光体の種類や現像剤によって適宜
選択されるものであり、あらかじめ複写テストを行いカ
プリの発生状況、その状態での現像剤の抵抗値及びカプ
リを防止するのに必要なバイアス電位を夫々思考錯誤的
に測定して決定すればよい。

上述した第１表の条件に従って本実験で使用した処理の
フローチャートを第５図に示す。

フローチャートは、メインプログラム３図と割り込みプ
ログラム５図のフローチャートから成る。メインプログ
ラムでは、電源投入後ただちに、バイアス電位出力が１
００■となるようにバイアス制御電位を決定する。次に
コピーボタンが押され、コピーが開始されると、割り込
みプログラムに移り処理を行う。

割り込みプログラムでは、バイアス電位出力を１００Ｖ
に設定し、一定の待ち時間の後、Ｓ−Ｈ電位を取り込む
。取り込んだ５−）１電位を、あらかじめ定められたＳ
−Ｈ電位とバイアス電位の表に、照らし合わせてバイア
ス制御電位の設定を行う。この後、メインプログラムに
戻り、再びコピーが開始されるのを待つ。割り込みプロ
グラムで設定されたバイアス制御電位は、次の割り込み
により、再設定されるまで、その値は保持される。

（ｉｖ）Ｄ／Ａ変換部 ここではＣＰＵで判断されたバイアス電位を得るために
、演算されたデジタル信号をアナログ信号とし、バイア
ス出力部に必要な制御電位を与える。

（ｖ）バイアス電位出力部 Ｄ／＾変換部からの制御信号（本実験においては０〜１
０■）に対し５０〜３５０■のバイアス電位を出力する
。

尚、上述した（１）乃至（ｖ）の制御機構において、制
御のタイミングを複写機の紙の給紙タイミングに一致さ
せて行い、またＳ−Ｈ電位のオートバイアス制御処理の
ための取り込みは、上記タイミングにより測定開始後、
一定時間（最低０．２ｓｅｃ、本実験においては０．４
５ｅｃ）経過後の値を取り込んだ。これはオートバイア
スの基準となるべきＳ−Ｈ電位の安定した値を基準とす
るためである。

かかる制御を行って２万枚の連続複写を行ったところカ
ブリが有効に防止され、しかも連続複写中はトナーを補
給する以外何らメンテナンスを必要としなかった。

またオートバイアス制御機構を解除して同じ実験を行っ
たところ８０００枚め頃からカブリが発生し、適宜複写
機のコピー濃度の調節を必要とし、また１２０００枚め
においてはコピー濃度調節レバーの限界となったため、
バイアス調整メンテナイスを必要とした。これらの実験
結果を第２表に示す。

以下空白 以上の実験では非晶質シリコン感光体と、表面処理のな
されていない低抵抗フェライトキャリヤを使用した現像
剤とを組合せて使用したため、通常使用される現像剤よ
りも抵抗値変化が顕著に現れる場合であり、その意味に
おいては加速度試験と称せられるものである。従って本
発明の現像方法を他の現像剤や感光体を使用して行う場
合には複写回数の増大が予想され、その場合にはスペン
トによるキャリヤの抵抗値変化の比重が大きくなること
も考えられる。しかしながらこの場合においてはカブリ
発生程度から判断する見掛は上の寿命とキャリヤ本来の
寿命とが幾分接近することとはなるが、高品質現像が維
持されるという効果は同様に達成されるものである。

以上詳述したように本発明に従えば、現像剤の本来有し
ている寿命限度内においてカブリの発生が有効に防止さ
れ、一定の高画像品質を維持することが可能となり、ま
た、見掛は上の寿命にとられれず本来有している寿命ま
での延命が可能となり、この寿命までの間における現像
剤の保守作業が不用となるという一連の効果が達成され
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の現像装置の一具体例を示す概略図、 第２図はオートバイアス機構の指標となる現像剤の抵抗
検出機構を示す模式図、 第３図はオートバイアスの制御機構を説明するための流
れ図、 第４図はＳ　−Ｈ電位検出のための検知回路図、および 第５図はバイアス電位決定のための演算処理を示すフロ
ーチャート図を夫々表す。 図中引照数字は以下の内容を示す。 ２・・・現像装置 ６・・・現像剤 ８・・・現像剤容器 １８・・・スリーブ ２０・・・穂長設定部材 ３６・・・トナー濃度検知機構 ３７・・・オートバイアス機構 第１図 第２図 第３図 第５図 ■Ｆ所口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静電潜像をトナーとキャリヤとから成る二成分系現
   像剤にて現像を行う方法において、現像剤の抵抗値変化
   に応じて現像バイアス電圧を変化させて現像を行うこと
   を特徴とする現像方法。 ２、磁性キャリヤ粒子およびトナー粒子とから成る現像
   剤を収容する現像容器と、表面に該現像剤の一部を保持
   し磁気ブラシを形成・搬送するためのマグネットを内側
   に備えた円筒上スリーブを有する磁気ブラシ形成機構、
   該磁気ブラシを所定の長さに規制するための穂切機構と
   を具備する現像装置において、 複写紙の給紙後測定を開始し、測定開始後所定時間経過
   した時点で前記現像スリーブと前記穂切機構との間の現
   像剤の抵抗を検出する検出手段と、 該検出手段が検出した抵抗値に応じて印加電圧を変化し
   得る現像バイアス電圧印加機構とを更に備えたことを特
   徴とする現像装置。