JPS61239253A - 反転現像方法 - 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」 本発明は電子写真方式や静電記録方式に適用される反転
現像方法に係り、特に−成分の高抵抗磁性トナーを用い
た反転現像方法に関する。

「従来の技術」 従来よりレーザービーム、オプチカルファイバー、ＬＥ
Ｄ、ＬＣＤ等の露光手段を用いて、全面帯電させた感光
体に非荷電の静電潜像を形成するプリンターやファクシ
ミリ等の画像形成装置は既に公知である。又、ポジフィ
ルムを用いて前記感光体に同様な静電潜像を形成するマ
イクロフィルムシステムも既に公知である。

そしてこれらの装置は電子複写機の場合と異なり、感光
体の帯電極性と同極性の電荷を付与したトナーを、前記
露光手段により形成された感光体のネガ的（非荷電）な
静電潜像部位に選択的に付着、言い変えれば、静電荷を
有する非露光部分には静電的反発力によりトナーを付着
させずに、非荷電部分である静電潜像部にのみトナーを
転移させる、いわゆる反転現像方法を採用している。

そしてこの種の現像方法においては、装置の小形化、現
像の安定化、フリーメインテナンス等の面から一成分磁
性トナー、特に転写効率の向上の面から高抵抗の磁性ト
ナーを用いる事が有利であることは既に知られており、
かかる−成分の高抵抗磁性トナーを用いた反転現像方法
として、前記磁性トナーを担持するトナー担持体上に形
成された磁気刷子を、感光体表面に摺擦させて現像を行
う磁気刷子現像方法（特公昭５Ｂ−２７０５、特開昭５
５−１３４８８４他）が公知である。

しかしながらかかる現像方法においては、感光体のほぼ
全面にトナーを摺擦させて現像を行う為に、静電的反発
力を有する静電荷の存在領域である非露光部分にもトナ
ーが付着してかぶりが生ずる場合があり、而も前記摺擦
により感光体が摩耗し、耐久性が低下するという欠点を
有する。

かかる欠点を解消する為、感光体と所定間隔離間させて
対面配置したトナー担持体側に、直流バイアス電圧、又
は該直流バイアス電圧に交流電圧を重畳して形成される
交番バイアス電圧を印加させ、該バイアス電圧によりト
ナー担持体より感光体の静電潜像部に転移させる現像方
法（特開昭５４−８９７３３、特開昭５５−１３４８１
３４　、特開昭５８−４Ｈ４１３他）が存在する。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら直流バイアス電圧を印加する現像方法では
下記のような欠点が発生する。

■即ち、前記現像方法における画像濃度は、一般に直流
バイアス電位Ｖｄと感光体の潜像表面電位Ｖｗとの差に
より決定され、一方、かぶりのない画像を得る為には前
記直流バイアス電位Ｖｄを感光体の非露光部表面電位ｖ
ｂ以下に設定しなければならない為に、コントラストの
高い高品質の画像を得る為には必然的に前記非露光部表
面電位ｖｂを高くしなければならず、この結果、感光体
の疲労度が増し、耐久性の減少につながる。

■又、前記欠点を少しでも解消する為に、直流バイアス
電位Ｖｄを感光体の非露光部表面電位Ｖｂに接近させて
形成すると、露光される原稿の背景濃度のバラツキ、及
び前記非露光部表面電位Ｖｂのバラツキや変動によって
直流バイアス電位Ｖｄが非露光部表面電位ｖｂより大に
なる部位が部分的に生じ、その部分にかぶりが発生する
。

■更に、トナー担持体に同レベルの電位を長く印加し続
けると、トナー担持体上のトナーの帯電電極性が強くな
る。そして電位を印加し終った時、帯電極性が強くなっ
ているトナー担持体上のトナーに対し、トナー相持体が
逆極性に強く帯電され、トナーがトナー担持体上に吸着
される。それゆえ該担持体上のトナ一層には当然に帯電
むらが生じ、この状態で現像を行うとかぶりを生じさせ
たり、縁端効果により像のにじみや二重像が発生する場
合がある。

一方、非露光部表面電位ｖｂと同等又は近接させた電位
を有する直流バイアス電圧に交流電圧を重畳して形成さ
れる交番バイアス電圧を用いる、後者の現像方法（特開
昭５４−８９７３３）においては、脈動効果により前記
トナ一層の帯電むらは解消されるが、前記交番バイアス
電圧の山側電位が前記非露光部表面電位ｖｂ以上となる
為、かぶりが生じ易く、且つ前記■及び■の欠点は何等
解消し得ないのみならず、交流電圧を重畳する為その分
高電圧となり、安全性が低減するという問題が派生する
。

本発明が解決しようとする技術的課題は、かぶりが生じ
ることなく高品質の画像を得ることが出来る反転現像方
法を提供することにある。

又５本発明の他の目的とする所は、感光体の非露光都電
“位、即ち帯電電位を低電位に維持し、耐久性の向上を
図ることにある。

更に、本発明の他の目的とする所は、担持体上のトナ一
層における帯電むらの発生を防止し、鮮明な画像を得る
ことにある。

更に又、本発明の他の目的とする所は、感光体の非露光
部表面電位を設定することにより、簡単な計算式で露光
部電位とバイアス電圧を設定することが出来、設計の容
易化が可能な反転現像方法を提供することにある。

「発明の概要」 先ず本発明の完成に至るまでの過程を順を追って説明す
る。

バイアス電圧によって感光体の静電潜像部にトナーを転
移させる反転現像方法においては、トナー担持体上に担
持されたトナ一層と、感光体とが非接触状態にある為に
、前記トナーがトナー担持体より感光体に転移する為に
は、「トナー飛翔速度Ｓ×現像間隔Ｌ」からなる有限の
時間を必要とし、而も前記飛翔速度Ｓは現像間隔りに存
在する電界、即ち、バイアス電圧Ｖ　ｂｉａｓと感光体
表面電位（Ｖｗ又はｖｂ）との差によって決定されるも
のであり、従ってバイアス電圧が例え一定でも感光体表
面電位（Ｖｗ又はｖｂ）が異なれば前記トナーの飛翔速
度Ｓは当然に異なる値を示すことになる。

従って例えば、前記バイアス電圧を非潜像表面電位（露
光部電位）Ｖｂより大に設定したとしても、そのバイア
ス電圧の印加時間ｔを、α（Ｖｂｉａｓ−Ｖｗ）Ｘ現像
間隔りで決定される露光部のトナー飛翔時間ｔ１より大
にして且つα（Ｖｂｉａｓ−ｖｂ）ｘ現像間隔りで決定
される非露光部のトナー飛翔時間ｔ２より小の範囲に設
定すれば、露光部にはトナーが転移しても非露光部には
トナーが転移されないこととなる。（前記αは定数）而
もこの場合においてバイアス電圧を直流パルス電圧で構
成すれば、該バイアス電圧をトナー極性及び感光体帯電
極性と同一の極性に維持することが出来、反転現像を行
う上で何の支障も生ずることがなく、且つ前記印加時間
ｔ（パルス幅）やパルス電圧の最大電位、周波数等を前
記範囲に合わせて自由に且つ容易に設定することが出来
るという長所も派生する。

本発明者はかかる着想に基づいて鋭意研究し、且つ実験
を繰り返して行った結果、前記バイアス電圧として感光
体の帯電極性と同極性の直流パルス電圧を用い、該直流
パルス電圧の最大電位（絶対価）を下記式の範囲に設定
し、且つそのパルス幅を０．１〜５．０　ｍ５ｅｃに設
定することにより前記目的が円滑に達成出来る事が判明
した。

ｌＶｗ　　ｌ＜１Ｖｂｉａｓｌ＜ａＸＩＶｂ　　１−ｂ
Ｖ・・・・・・　イ） ｖｗ：感光体の潜像表面電位 Ｖｂ：感光体の非露光部表面電位 Ｖｂｉａｓ：直流パルス電圧（最大電位）１５２＜ａ＜
１．８８．　−２０＜ｂ＜１１０尚、前記パルス幅は前
述した通り、０．１〜５．０＋１ＳｅＣ１好ましくは０
．１５〜２ｍ５ｅｃの範囲に設定するのがよいが、パル
ス幅はデユーティ比と周波数との関係において簡単に決
定出来、例えば、直流パルスのデユーティ比が５０％の
場合において周波数を１００〜５０００Ｈ２、好ましく
は５００〜３０００Ｈ２に設定することにより前記範囲
のパルス幅を得ることが可能となる。勿論、前記デユー
ティ比は必ずしも５０％に設定する必要はなく、周波数
との関係で適宜デユーティ比を変化させることが出来る
。

又、本発明は、磁界ではなく電界を用いてトナーを感光
体の静電潜像部に転移させる構成を採る為、磁気刷子現
像のようにトナー担持体の背面側に固定磁極を配する事
を条件としないが、必要に応じて前記固定磁極を所定位
置に配したり、又磁気刷子現像法と組み合わせて構成す
ることも可能である。

更に、本発明は、前記トナー担持体と前記感光体との現
像間隔を、トナー担持体上に担持されたトナ一層厚より
大なる離間間隔をもって配置するのが好ましい。

更に又、本発明は、前記直流パルス電圧を、直流電源を
周期的にスイッチングして得られる矩形波で構成するこ
とにより、例えば直流パルス最大電位（絶対値）を非露
光部電位より大に設定した場合において、露光部にトナ
ー転移後、非露光部にトナーが転移する前に前記直流パ
ルスがすみやかに非露光部電位以下に立下がり、トナー
のかぶりをより確実に防止することが出来る。

更に又、前記直流パルス電圧を下記式の範囲に設定する
ことにより、高品質の画像濃度を得るに足るだけの電位
差ｒＶｂｉａｓ−Ｖｗ　Ｊを採ることが出来、ソリッド
濃度、ライン濃度いずれも高品質な画像に維持出来る。

ｌ　Ｖｂｉａｇｌ　＞ｃ　Ｘ　Ｉ　Ｖｗ　　ｌ　−ｄ　
Ｖ　≧２５０　Ｖ・・・・・・　口） ２．５　＜ｃ　＜３．３　、−３５＜ｄ　＜１３５尚、
前記感光体の潜像表面電位Ｖｗは下記ハ）式によっても
求められ、従って前記非露光部電位ｖｂが定まれば前記
直流パルス電圧Ｖ　ｂｉａｓは計算式イ）９口）に基づ
いて前もって設定することが可能となる。

１■胃１く１αＸＶｂ　ｌ−β・・・・・・　ハ）α：
　０．５８〜０．８９　、β：１０〜１３５ｖこの場合
において前記αの値は露光条件のみならず、感光体の感
光性能によっても支配され、例えば感光体に、セレン、
酸化亜鉛、ポリビニルカルバゾル等の光導電性絶縁材を
用いる場合は前記αの値は０．８０以下、又感光性能の
よいアモルファスシリコン　感光体を用いる場合は、α
の値が０゜７０〜０．８５になる場合がある。

「効果」 かかる発明によれば、前記イ）式の範囲内において例え
ば第１図に示す如く、直流パルス電圧Ｖｂｉａｓを非露
光部電位ｖｂより大に設定した場合においても、露光部
にトナーを転移させた後、非露光部にトナーが転移する
前に前記直流パルス電圧を非露光部電位より立下がらせ
ることが出来、この結果かぶりが生じることなく高品質
の画像を得ることが出来る。

即ち前記イ）に示す条件下で、直流パルス電圧のパルス
幅ａを０．１　ｔｓｓｅｃ以下に設定した場合は、直流
成分に近くなり、トナーが非露光部に転移するだけの十
分なる時間をもたすことになり、−方、パルス幅ａを５
．０　ｔｎｓｅｃ以上にした場合は露光部にトナーが転
移する前に直流パルスが立下がったまま、もしくは立上
がったままとなり、パルス幅ａが０．１〜５．Ｏｔａｓ
ｅｃの範囲、好ましくは０．１５〜２ｍ５ｅｃに設定す
ることにより前記効果が円滑に達成し得る。（第１図中
のｂはパルス谷幅を示す、） 一方、前記条件下で、直流パルス電圧を非露光部電位よ
り大に設定できる為、その分感光体の帯電電位を低くす
ることが出来、感光体の疲労を低減し、耐久性の向上と
安全性を高めることが出来る。

更に、本発明はバイアス電圧として周期的に変化する直
流パルス電圧を用いている為に、トナー担持体と現像容
器との間に空間電荷が発生する恐れがなく、この結果、
担持体上のトナ一層における帯電むらの発生を防止し、
現像された画像に像のにじみや二重像が生じることなく
鮮明な画像を得ることが出来る。

更に又、本発明は直流パルス電圧を用いている為に、容
易に電位、周波数、デユーティ比を変化させることが出
来、この結果、トナーの挙動規制が容易になり、常にバ
ラツキのない最適画像が得られる。

又本発明は、感光体の非露光部表面電位を設定すること
により、簡単な計算式で露光部電位とバイアス電圧を設
定することが出来、設計の容易化が可能となる。

尚、本発明は更に種々の効果を有するが、それらは下記
の実施例により一層明瞭化される。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに
限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第２図は本発明が適用された画像形成装置の概略構成を
示し、１ａは感光体表面で感光体ドラム１の表面に光導
電性絶縁層を形成してなり、感光体ドラム１は矢印方向
に１００ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転可能に構成している
。

光導電性絶縁層にはセレン、酸化亜鉛、アモルファスシ
リコン等の無機半導体や、ポリビニルカルバゾル等の有
機半導体等が使用され、夫々使用特性が異なるが、本実
施例においてはポリビニルカルバゾル系の有機半導体を
用い、正極性の帯電がなされるよう構成している。

前記感光体ドラム１の周囲には、回転方向に沿って感光
体表面１ａを一様に均一帯電させる帯電器２、該帯電さ
れた感光体表面１ａの電荷を、画像情報に基づいて消散
させ、所定の静電潜像を形成するレーザビーム３、該静
電潜像を反転現像する反転現像装置４、該現像装置４に
より顕像化されたトナー像を転写紙５に転写する転写器
８、転写後の残留トナーを除去するクリーナ７、及び非
露光部の残留電荷を除去する除電ランプ８　（イレーザ
）等が配置されており、これにより所定の画像形成サイ
クルを繰り返し行うことが可能となｔパ 　さて、前記現像装置４は、感光体ドラム１と所定間隔
離間して配置し、感光体ドラム１と同一の周速で矢印方
向に回転する非磁硅スリーブ４１と、該スリーブ４１内
に内包された固定磁石集成体４２と、前記感光体表面１
ａ対面位置の上流側に配置された層厚規制部材４３と、
トナー容器４４から構成され、前記感光体ドラム１との
現像間隔（最近接間隔）及び層厚規制部材４３により規
制されるトナ一層厚は現像位置におけるトナ一層厚より
現像間隔が大になるよう設定している。

又前記非磁性スリーブ４１には、スイッチング回路４５
を介して直流電源４６が接続され、該スイッチング回路
４５に付設されたタイマー（図示せず）により周期的に
スイッチング操作を行うことにより矩形状の直流パルス
電圧が非磁性スリーブ４１に印加されるよう構成してい
る。

又前記現像装置４に使用されるトナーとして、平均粒径
８〜２０７ｔｍ、電気抵抗率が１０１４Ω・ｃｍ、比誘
電率が２．０以下であって、摩擦帯電により正の帯電極
性を有する磁性トナーを使用する。

かかる装置を用いて行った実験結果を下記に示す。

■感光体の潜像表面電位Ｖｗを決定する、前記ハ）式の
推定（第４図参照） 先ずレーザービーム３の露光量を一定にして、非露光部
表面電位Ｖｂ　ヲ２００Ｖ、３００Ｖ、　４００Ｖと変
化させてＶｗを測定してみると相関度０．９９２の確率
で直線状に変化することが確認された。（第４図中の想
像線に−１） そして次に露光量を弱くすると図上左方に、又強くする
と右方に移動することが確認された。

そこでｖｂと露光量を変動させてすくなくとも１．０以
上の画像濃度が得られるＶｗの範囲を統計的手法で求め
た。その結果、Ｖｗが下記ハ）式の範囲にある場合に１
．０以上の画像濃度が得られることが判明した。

ｌＶｗｌ＜ｌαＸＶｂ　Ｉ−β・・・・・・　ハ）α：
　０．５ｆｌ〜０．８９　、β：１０〜１３５次に他の
光導電性絶縁層を用いても同様の結果が得られた。

■１．０以上の画像濃度が得られる直流パルス電圧Ｖｂ
ｉａｓと潜像表面電位Ｖｗとの関係を示す口）式先ずＶ
ｂｉａｓの周波数をＩＫＨｚ、デユーティ比を固定し、
Ｖｗを５０〜３００ｖまで変化させた場合に、すくなく
共１．０以上の画像濃度が得られるＶ　ｂｉａｓを測定
してみると、Ｖｂｉａｓが２５０Ｖ以上の場合において
、相関度０．８８の確率で直線状に変化することが確認
された。（第３図中の想像線に−２）さらに、周波数を
１００　Ｈｚからｌ０ＫＨｚまで夫々変化させて１．０
以上の画像濃度が得られるＶ　ｂｉａｓの範囲を統計的
手法で求めた。その結果、周波数が５　ＫＨｚ（同０．
１ｍ５ｅｃ）以下の場合において、下記口）式の範囲で
１．０以上の画像濃度が得られることが判明した。

Ｖｂｉａｓ＞ｃ　Ｘ　ｌ　Ｖｗ　ｌ　−ｄ　Ｖ　≧２５
０　Ｖ・・・・・・口） ２．５　＜ｃ　＜３．３　、−３５＜ｄ　＜１３５■か
ぶりのない画像、即ち非露光部における画像濃度が０．
１以下の画像が得られるＶ　ｂｉａｓとＶｗとの関係を
示すイ）式の推定 先ず前記■と同様にＶｂｉａｓの周波数、デユーティ比
を固定し、ｖｂを２００Ｖ　〜５００Ｖ　（Ｖ　ｗ　ハ
前記■と同様）変化させた場合に、非露光部における画
像濃度が０．１以下の画像が得られるＶｂｉａｓを測定
してみると、相関度０．９９３の確率で直線状に変化す
ることが確認された。（第３図中の想像線に−そこでデ
ユーティ比を固定し、周波数を前記■と同様に夫々変化
させてかぶりのない画像が得られるＶ　ｂｉａｓの範囲
を統計的手法で求めた。その結果、周波数が低周波数の
場合において、下記イ）式の範囲でカブリのない画像が
得られることが判明した。

ｌ　Ｖｂｉａｓｌ　＜ａ　Ｘ　Ｉ　Ｖｂ　　ｌ　−ｂ　
Ｖ　・・・イ）１．５２＜ａ　＜１．８８．　−２０＜
ｂ　＜１１０■パルス幅ａと画像濃度及びかぶりとの関
係前記実験の捕捉実験として、ｖｂを５００Ｖ、　Ｖ　
ｗを２８０Ｖ、　Ｖ　ｂｉａｓ（７）周波数を１５０　
Ｈｚに固定し、デユーティ比のみを１０〜８０％の範囲
で、１０％きざみヤ モ変化させた所、デユーティ比が８０％（パルス幅ａ　
５．５　ｍ５ｅｃ）以上でかぶりが発生した。

次にＶｂｉａｓの周波数を３ＫＨｚに固定し、デユーテ
ィ比のみを１０％きざみで変化させた所、デユーティ比
が２０％（パルス幅ａ　０．０７　ｍ５ｅｃ）以下で画
像濃度１．０以下になることが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流パルス電圧と、感光体の非露光部及び潜像
部の表面電位との関係を示すグラフ図、第２図は本発明
が適用された画像形成装置の概略図、第３図は、感光体
の非露光部及び潜像部の表面電位から直流パルス電圧を
求めるグラフ図、第４図は感光体の非露光部の表面電位
から潜像部の表面電位を求めるグラフ図、である。 第１図 第２図 第　３！ｌ！ｌｌ 第４図 手続補正書 昭和６０年８月３０日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）感光体の帯電極性と同極性の電荷が付与された一成
   分の高抵抗磁性トナーを、バイアス電圧によって感光体
   上の静電潜像部に転移させる反転現像方法において、前
   記バイアス電圧として感光体の帯電極性と同極性の直流
   パルス電圧を用い、該直流パルス電圧の最大電位（絶対
   値）を下記式の範囲に設定し、且つそのパルス幅を０．
   １〜５．０ｍｓｅｃに設定したことを特徴とする反転現
   像方法 ｜Ｖｗ｜＜｜Ｖｂｉａｓ｜＜ａ×｜Ｖｂ｜−ｂＶ Ｖｗ：感光体の潜像表面電位 Ｖｂ：感光体の非露光部表面電位 Ｖｂｉａｓ：直流パルス電圧（最大電位） １．５２＜ａ＜１．８８、−２０＜ｂ＜１１０ ２）前記直流パルス電圧が矩形波パルスである特許請求
   の範囲第１項記載の反転現像方法 ３）前記直流パルス電圧の最大電位（絶対値）を下記式
   の範囲に設定した特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   の反転現像方法 Ｖｂｉａｓ＞ｃ×｜Ｖｗ｜−ｄＶ≧２５０Ｖ ２．５＜ｃ＜３．３、−３５＜ｄ＜１３５