JPS6338708B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は潜像を乾式現像剤を用いて現像する為
の方法及び装置に関する。更に詳細に述べると、
本発明は、現像剤担持体表面に塗布された現像剤
層の厚み以上に現像剤担持体を現像部において潜
像担持体から離して保持し、且つ潜像面とほぼ同
速同一方向に現像剤担持体を駆動して現像する方
法及び装置に関する。

従来、キヤリア粒子を含まない一成分現像剤を
使用する電子写真現像方法として、トナー粒子を
噴霧状態にして用いるパウダー・クラウド法、ウ
エブ、シート等よりなるトナー支持部材上に形成
した一様なトナー層を静電像保持面に接触させ
て、現像をおこなうコンタクト現像法、トナー層
を静電像保持面に直接接触させず、静電像の電界
により保持面にトナーを選択的に飛行させるジヤ
ンピング現像法、また、導電性磁性トナーを用い
て、磁気ブラシを形成し、静電像保持面に接触さ
せて、現像するマグネドライ法等が知られてい
る。

上述の各種一成分現像法のうち、パウダー・ク
ラウド法、コンタクト現像法及びマグネドライ法
は、トナーが静電像保持面に画像部（本来トナー
が付着すべき部分）、非画像部（本来トナーが付
着すべきでない地の領域部分）の区別なく、接触
するため、多少とも非画像部にもトナー付着が生
じ、所謂地かぶりの発生を避けることが出来なか
つた。しかしながら、ジヤンピング現像法（例え
ば特公昭41−9475号公報に記載の方法）は、トナ
ー層と静電像保持面とが、非接触で間隙を有する
ようにして現像するため、地かぶりの防止という
点では極めて有効な方法である。しかしながら現
像に際し、静電像の電界によるトナーの飛行現象
を利用しているため、得られる可視像は一般に次
のような欠点を有している。

第１には、画像部端部において鮮明度が低下す
るという問題である。画像端部における静電像の
電界の様子は、電子写真感光体上に形成した静電
潜像の場合第１図の様になつている。即ち、潜像
担持体１の画像部ｄの中央付近は現像剤支持体２
として導電性の部材を用いれば、電気力線Ｅは、
画像部ｄより発して、トナー支持体２まで到達し
ているため、トナーはこの電気力線に沿つて飛行
し、感光体面に付着し現像が行なわれる。しかし
画像部端部においては、非画像部に誘導される電
荷の為電気力線がトナー支持体まで到達せず、ま
わり込みが生じているため、飛行してきたトナー
の付着は極めて不確実で、かろうじて付着するも
のもあれば、付着しない場合もある。これが為に
得られる画像は、画像部端部において、シヤープ
さの欠けた不鮮明なものとなり、また線画の現像
においては、原画よりも細つた感じで現像される
という不都合が生ずる。

第２に、ジヤンピング現像法によつて得られる
画像は一般に階調性に欠けるという問題である。
ジヤンピング現像法においては、静電像の電界に
よつてトナーが、トナー支持体への拘束力に打ち
勝つたとき始めて飛行する。このトナーをトナー
支持体に拘束している力は、トナーとトナー支持
体との間のフアンデル・ワールス力、トナー同志
の付着力、及びトナーが帯電していることにもと
ずく、トナー支持体との間の鏡映力等の合力であ
る。従つて静電像の電位がある一定の値を（以
下、トナーの転移閾値と呼ぶ）以上になり、それ
による電界が、上記トナーの拘束力以上になつた
時始めて、トナー飛行がおこり、静電像保持面へ
のトナー付着が生ずる。もつとも、上記トナーの
支持体への拘束力は、一定の処方により製造・調
合されたトナーであつても、個々のトナーによ
り、或いはまたトナーの粒径等により、その値は
異常なるがほぼ一定の値のまわりに狭く分布して
いるものと考えられ、それに対応して上記トナー
飛行の生ずる静電像表面電位の閾値もある一定の
値のまわりに狭く分布しているものと思われる。
このように支持体からのトナーの飛行の際に、閾
値が存在するためこの閾値を越える表面電位を有
する画像部には、トナー付着が生ずるが、逆に閾
値下の表面電位を有す画像部にはほとんどトナー
付着が生じないと言う結果になり、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）の立つた階調性にとぼしい画像しか得られな
いという結果になる。この為に、潜像担持体１と
現像剤担持体２との間に交番電界を印加し、少な
くとも潜像担持体と現像剤担持体との最近接部に
おいて、画像部と非画像部とも、これらと現像剤
担持体との間で現像剤を往復運動を行わしめる第
１の過程を実現し、また潜像担持体と現像剤担持
体との間隔を序々に大きくしていくことにより、
外部交番電圧印加によるこの間隙の外部振動電界
強度を変化せしめ、現像剤粒子の転移を、強い信
号の画像部においては現像剤担持体から画像部へ
一方的に、又弱い信号の画像部と非画像部におい
てはこの領域から現像剤担持体へ一方的に起こさ
せる第二の過程を実現して現像することにより、
線画において、原画より細つて現像されることな
く、この点で画像端部の再現性にすぐれ、階調性
に富む可視像を得ることを可能にした（例えば特
願昭53−92106号参照） ところが、現像部における潜像担持体と現像剤
担持体との相対速度によつては、潜像担持体表面
の画像部に吸着するトナー量分布に方向性が生
じ、まだ画像端部の鮮明さには不充分な場合が生
じる。

一方前記したジヤンピング現像法（例えば特公
昭41−9475号公報に記載の方法）を詳しく見てみ
ると、この方法は回転する感光ドラムに形成した
静電像を、トナーを塗布したウエブを利用して現
像するものである。ウエブは現像位置に於いて上
記感光ドラムに小間隙をおいて対向せしめられて
いるが、この間隙量は、ウエブに塗布されたトナ
ーが、静電像担持体表面の画像部には静電的引力
の作用によりウエブ側から飛来できるが、非画像
部には飛来できないような大きさに設定されてい
る。従つてこの公知方法では、画像部にはトナー
はウエブ側から転移するが、非画像部には殆んど
転移しないので、前記カブリ現象の発生を前記無
差別接触式現像方法に比べて格段に低く押えるこ
とができるのである。ところで特公昭41−9475号
公報記載の方法では、トナー層を担持したウエブ
は現像位置に於いて感光ドラムの移動方向とは逆
の方向に移動せしめられている。しかしながら、
このようにトナー層と静電像の移動方向を互いに
逆向きにする等、静電像に対してトナー層を大な
る相対速度をもつて移動させると、静電像担持体
表面の画像部に吸着するトナー量分布に方向性が
生じてしまう。

したがつて本発明は、所謂トナー粒径以上のキ
ヤリア粒子を含まない現像剤を使用し、普通紙に
転写可能で、階調再現性に富み、線画において原
画より極端に細まつて現像されることなく、かつ
潜像担持体表面の画像部に吸着するトナー量分布
に方向性が生じることなく、画像端部の再現性に
すぐれ、シヤープな高品質の可視像が得られるよ
うにした現像方法及び装置を提供することを目的
としている。

尚、ここで一言付記しておくと、本明細書で潜
像担持体表面の画像部というのは現像工程に於い
て現像過程終了後現像剤を吸着すべき領域のこと
を言い、非画像部というのは現像剤を吸着すべき
でない領域のことを言う。

本発明は方法発明として、移動する潜像担持体
と現像剤担持体とを現像部において該現像剤担持
体表面に塗布された現像剤層の厚みより離して対
向させ、潜像担持体と現像剤担持体との間に交互
電界を印加して少なくとも潜像担持体と現像剤担
持体との最近接部において、潜像担持体と現像剤
担持体との間で現像剤を往復運動させ、現像剤担
持体を潜像担持体よりわずかに遅い周速で駆動す
ることで現像部で現像剤担持体に担持された現像
剤表層を潜像面と同じ方向に、速度差を実質的に
なくすようにほぼ同じ速さで移動させて現像する
ことを特徴とし、上記方法を具体的に実施するた
めの装置発明として移動する潜像担持体と、現像
部で該潜像担持体に対向する移動する現像剤担持
体と、該現像剤担持体上に磁性現像剤薄層を形成
する手段と、現像部に磁界を形成する磁石と、潜
像担持体と現像剤担持体との現像部における最近
接間隔を該現像剤担持体表面に塗布された現像剤
層の厚み以上離して位置決めする手段と、潜像担
持体と現像剤担持体との間に交互電界を印加する
手段と、現像部で現像剤担持体と潜像担持体とを
同じ方向に、かつ現像剤担持体を潜像担持体より
わずかに遅い周速で駆動する手段と、を有し、潜
像面と現像剤表層との速度差を実質的になくすよ
うにして現像することを特徴とする。

以下本発明の態様及び実施例を説明する。

第２図は、本発明の実施態様の１つの概略を示
したものである。１は潜像担持体であり、ここで
はこの上に静電潜像を例えば公知の電子写真法の
プロセス（カールソンプロセス；特公昭42−
23910号、同43−24748号、同42−19748号、同44
−1347号公報等に記載の電子写真プロセス等、そ
の他のプロセス）によつて形成せしめ、非磁性体
からなるスリーブの現像剤担持体２の表面に塗布
された薄い磁性現像剤層３によつて現像する。潜
像担持体１の現像部に対向して現像部の現像スリ
ーブ２の裏面に永久磁石からなる磁極N₁（現像ス
リーブ表面上で650ガウス）を配置させている。
又潜像担持体１と現像スリーブ２との間隔は、現
像スリーブ２の軸と同軸のコロを潜像担持体１に
つき当て、約300μｍに保持されている。現像ス
リーブ２はこのコロと独立に回転できるようにし
てある。４はホツパーであり、５はこの例では磁
性粉をトナー粒子に含有した電気絶縁性磁性現像
剤である。６は現像スリーブ２上に塗布された現
像剤層３の厚みを規制する為の厚み規制部材であ
り、磁性体からなる磁性ブレードである。この磁
性ブレード６に対向して現像スリーブ２の裏面に
永久磁石からなる磁極S₃を配置させて、約120μ
ｍの厚みに現像剤層３の厚みを規制し、現像スリ
ーブ２上に塗布している。又、現像剤５は主に現
像スリーブ２との間で帯電され、負極性になるよ
うになされている。７は潜像担持体１と現像スリ
ーブ２との間に交番電界を印加する為の電源であ
る。潜像担持体１上の静電潜像は暗部＋500V、
明部ovの表面電位であり、電源７によつて印加
したバイアス電圧は周波数200Hz、尖頭電圧
800Vppに直流電圧＋200Vを重畳した交番電圧で
ある。又磁性ブレード６に対向する現像スリーブ
２の内側に配置された磁極S₃の現像スリーブ２の
表面上の磁界の強さは650ガウスであり、現像ス
リーブ２と磁性ブレード６との間隔は250μｍに
設定されている。さらに潜像担持体１は矢印ａの
方向に、周速110mm／secで回転させて作像し、現
像している。

ここで現像スリーブ２の周速を110mm／secで矢
印ｂの方向に回転して現像したところ、現像スリ
ーブ２の軸に平行な潜像担持体１上の帯状パター
ンの画像部に吸着したトナー量分布に方向性が生
じていた。このことは帯状パターンの現像スリー
ブ２の軸に平行な端部における良好なエツジ効果
を意味しているのではなく、潜像担持体１の回転
方向と反対側の帯状パターンの端部の方が他の端
部よりトナー量は多く、画像端部の再現性に難が
あつた。

次に現像スリーブ２の周速を増して120mm／sec
にして現像したが、前記の場合より潜像担持体１
の回転方向と反対側の帯状パターンの端部の方が
他の端部よりさらにトナー量は多くなる傾向があ
り、潜像担持体１の回転方向側の帯状パターンの
端部は不明確となり、シヤープさは失われる傾向
にあつた。

さらに現像スリーブ２の周速を減じて約106
mm／secにして現像したところ、前記二つの場合
に生じていた帯状パターンの画像部に吸着したト
ナー量分布の方向性は消去され、適当なエツヂ効
果を有した良好な可視像が得られた。

以上の実験例の意味する一つの解釈を考える。
第３図に示すように例えば潜像担持体１と現像剤
担持体２との相対速度が現像部で異なり、潜像担
持体１に対し現像剤担持体２が相対的に矢印b′の
方向に運動しているとする。この場合現像剤５も
矢印b′の方向に運動しながら、潜像担持体１にお
ける静電潜像の画像部ｄによる静電界と、潜像担
持体１と現像剤担持体２とに外部より印加した交
番電界により、現像剤は第３図に示すように現像
部における潜像担持体１に向つて移行し、付着し
て現像されることになる。この際印加した交番電
界の強度は潜像担持体１における静電潜像による
電界強度を無視できる程強い電界強度ではなく、
現像剤担持体２から飛翔する際の現像剤５は潜像
担持体１からみた現像剤担持体２の相対的運動方
向（矢印b′の方向）に運動しながら現像されるこ
とになる。この為に画像端部d′のトナー付着量分
布に、現像スリーブ２の回転方向の方向性が生じ
ることになると理解できる。

しかし、ここで現像スリーブ２の周速の違いに
よる画像部における現像剤の供給量の差について
も考慮する必要がある。例えば第４図Ａ，Ｂにこ
の模様を示した。ここでは潜像担持体１の周速よ
り現像スリーブ２の周速の方が相対的に遅い場合
の現像の際に生ずる、画像端部のトナー量の分布
の方向性の生ずる現由の一例を示した。第４図Ａ
は潜像担持体１の静電潜像の画像部ｄが回動し、
現像スリーブ２に近づき、現像部に侵入していく
過程を示し、第４図Ｂは潜像担持体１の静電潜像
の画像部ｄが回動し、現像スリーブ２から離れて
いき、現像部を脱出して現像が終了される過程を
示している。ここで画像部ｄの現像スリーブ２の
円周方向の長さをｌで示しそれに相当する潜像担
持体表面の長さをl′とする。現像スリーブ２の周
速が潜像担持体１の周速より遅い場合、第４図Ｂ
に示したように、現像スリーブ２の回動による現
像スリーブ２上に塗布された現像剤３の現像部へ
の供給量不足から、画像部ｄの先端の端部の方が
後端の端部より現像剤量が多く、トナー量分布の
不均一が生じる。

以上第３図、第４図Ａ，Ｂに示した現像なら
ば、潜像担持体１の周速と現像剤担持体２の周速
を等しく合わせればよい。

しかしながら、実施例に示したように、現像ス
リーブ内に現像部に対向して磁極が存在する第２
図の場合には、さらに複雑となる。この例を第５
図に示す。現像スリーブ２が矢印b′の方向に回転
するとこの上の現像剤は現像磁極N₁より離れた
位置では例えば５′のように磁性現像剤の穂は倒
れているが、しだいに磁極N₁に近づくに致つて
穂は次第に起立し５″のようになり、さらに現像
スリーブ２の回転によつて再び倒れ、現像部を離
れていく。このトナーのブラシの起立、転倒運動
に起因する、静電潜像に対するトナー層表層部の
相対速度をなくす為には、現像剤担持体２の矢印
方向（潜像の移動方向）への周速を潜像担持体１
の周速より僅かに遅くすればよい。実験の結果、
マグネタイト30部、ポリスチレン約60部、電荷制
御剤３部、カーボン６部を混合して作つた平均粒
径約10μｍのトナーを使用し、潜像担持体の周速
110mm／secに対し、現像スリーブの周速を106
mm／secにして現像したところ、画像の端部に方
向性のない、良好なエツヂ効果を有した、シヤー
プな、高品質の可視像が得られた。なお現像スリ
ーブの周速はこの場合、潜像担持体の周速に対し
ほぼ２〜６％遅くする程度でよい。

以上のようなトナー粒子の移動に伴う顕画像の
方向性特性の防止は、特にこの発明において交番
バイアス電界を現像部に印加し、トナー粒子の往
復動を促進する場合に特に顕著な効果をもつ。そ
こで、以下にこの交番バイアス印加の作用及び効
果を説明し、トナーの移動に鑑みこのバイアス交
互周波数には適当な範囲があることを合わせて説
明する。

第６図Ａ，Ｂは静電像電位Ｖに対する画像反射
濃度Ｄ特性を示すグラフで、第２図示装置により
実験結果をプロツトしたものが図示されている。
以下、この曲線をＶ−Ｄ曲線と呼ぶ。実験は次の
構成のもとになされたものである。第２図に示し
た円筒形の静電像形成面に、正の静電荷潜像が形
成されている。トナーとしては前述した磁性トナ
ー（マグネタイト含有量30部）を用い、スリーブ
上に層厚約120μ程度に塗布し、該トナーと該ス
リーブ表面との摩擦によつて該トナーに負電荷を
付与する。この静電像形成面と磁気スリーブとの
間の現像最小間隙を100μに保持した場合の結果
を第６図Ａに、同300μに保持した場合の結果を
第６図Ｂに示した。スリーブにより内包される磁
石による現像部での磁束密度は約650ガウスであ
る。上記円筒形静電像形成面は周速110mm／sec、
上記スリーブは周速106mm／secで回転させた。従
つて、静電像形成面は、現像部において最小間隙
を通過後、次第にトナー体持体より離れていく。
このスリーブに印加される交互電界は振幅400V
（ピーク・ツ・ピーク800V）の正弦波に直流電圧
＋200Vを重畳している。第６図Ａ，Ｂには、こ
の印加電圧の交番周波数が100Hz、400Hz、800Hz、
1KHz、1.5KHzの場合のＶ−Ｄ曲線、及び外部電
界を印加せず、上記静電像形成面の背面電極と上
記スリーブとを導通した場合のＶ−Ｄ曲線が図示
されている。

これらの結果から、外部電界を印加しない場合
には、Ｖ−Ｄ曲線の傾き所謂γ値は非常に大きい
が、低周波の交互電界を印加することによつてγ
値は小さくなり、極めて階調性が高くなることが
わかる。外部電界の周波数を上げると、次第にγ
値は大きくなり、階調性を高からしめる効果は薄
れていき、間隙が100μの場合周波数が1KHzを越
えると効果が極めて弱くなり、又間隙が300μの
場合、周波数が800Hz程度になると効果が減少し、
1KHzを越えると効果が極めて弱くなる。この原
因は次のように考えられる。交互電界が印加され
た現像過程においてトナーが、スリーブ表面と潜
像形成面の間で付着、離脱をくり返すとき、確実
にその往復運動を行うには有限の時間が必要であ
る、とくに弱い電場を受けて転移するトナーは転
移を確実に行うのに長い時間を要する。一方中間
調の濃度を再現するには弱い電場であつてもある
閾値以上の電場を受けたトナーが交互電界の半周
期内に確実に転移する必要がある。それには交互
電界の周波数が低い方が有利であり、従つて実験
結果に表わされるように周波数の低い交互電界で
とくに良い階調性が得られることになる。この議
論の正当性を第６図Ａ，Ｂの両実験結果の比較か
ら得られる。第６図Ｂに示した結果は静電像形成
面とスリーブ表面との間隙を300μと大きくした
以外は、第６図Ａに示した実験と同一条件のもと
でなされたものである。間隙を広げるとトナーの
うける電界強度は小さくなり、よつてトナーの転
移速度は小さくなる。さらに飛翔距離も長くなる
ため、結局転移時間は長くなる。実際に第６図Ｂ
により明らかな如く、800Hz程度でγ値は大きく
なり1KHzを越えると殆んど交互電圧を印加しな
い場合のγ値と同等になつてしまう。従つて階調
性向上に関して間隙の狭い場合と同等の効果を生
ぜしめるためには、より周波数を低下させるか、
交互電圧の強度を上げることが好ましい。

一方、周波数が余りに低すぎると、潜像形成面
が現像部を通過する間にトナーの往復運動が充分
に繰り返されず、画像には交互電圧により現像ム
ラが生じ易くなる、上記実験の結果、周波数40Hz
までは、おおむね良好な画像が得られそれを下ま
わると、顕画像にムラが生じた。斯かる顕画像に
ムラを生じないための周波数の下限は、現像の条
件、中でも現像速度（又はプロセス、スピードと
も言う、Vpmm／sec）に特に依存することが判明
した。本実験において静電像形成面の移動速度は
110mm／secであつたから、周波数下限は、40／110× Vp0.3×Vpとなる。尚印加する交互電圧の波
形は、正弦波、矩形波、鋸歯状波又は、これらの
非対称波等のいずれについても効果のあることが
確認された。

このように、交互バイアスを印加することは階
調性向上に著しい効果をもたらすものである。こ
れまでに説明したことは潜像として静電潜像につ
いて示したが、現像剤として磁性粉を含有した磁
性トナーを用いれば、磁気潜像の現像においても
良好な可視像が得られた。ただし、この場合にお
いては現像部においても、また現像部近くにも磁
極を有しない現像スリーブとからなる現像ローラ
を用いた。

以上述べたことから明らかなように、本発明に
よれば、移動する潜像担持体と現像剤を付着せし
めた現像剤担持体との間隔を現像部において現像
剤担持体表面に塗布された現像剤層の厚みより離
して保持し、かつ潜像担持体と現像剤担持体との
間に交番電界を印加して潜像を現像する際、画像
部に付着する現像剤量の分布に方向性が生ずるの
を防ぐことができるので、交互バイアス印加によ
る地カブリ防止、階調性向上の効果に加えてシヤ
ープで忠実な高品質の顕画像を得ることができ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は潜像担持体と現像剤担持体間の電気力
線の状態を示す説明図、第２図は本発明に係る現
像装置の１実施態様の断面図、第３図は顕画作用
における方向性の問題を示す説明図、第４図Ａ，
Ｂは現像剤担持体の周速の違いによる現像剤の供
給量の差を説明する説明図、第５図は磁界による
現像剤粒子の運動を説明する説明図、第６図Ａ，
Ｂは潜像電位対画像濃度の関係が交番バイアスの
周波数により変化する状態を示す特性図である。 １……潜像担持体、２……現像剤担持体、５…
…現像剤、６……現像剤厚み規制部、７……交番
バイアス源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 移動する潜像担持体と現像剤担持体とを現像
   部において該現像剤担持体表面に塗布された現像
   剤層の厚みより離して対向させ、潜像担持体と現
   像剤担持体との間に交互電界を印加して少なくと
   も潜像担持体と現像剤担持体との最近接部におい
   て、潜像担持体と現像剤担持体との間で現像剤を
   往復運動させ、現像剤担持体を潜像担持体よりわ
   ずかに遅い周速で駆動することで現像部で現像剤
   担持体と潜像担持体とを同じ方向に、速度差を実
   質的になくすようにほぼ同じ速さで移動させて現
   像することを特徴とする現像方法。 ２ 上記潜像担持体の周速をVp（mm／sec）、上記
   交互電界の周波数をｆ（Hz）とするとき、 0.3×Vp≦ｆ≦1000 を満足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。 ３ 移動する潜像担持体と、現像部で該潜像担持
   体に対向する移動する現像剤担持体と、該現像剤
   担持体上に磁性現像剤薄層を形成する手段と、現
   像部に磁界を形成する磁石と、潜像担持体と現像
   剤担持体との現像部における最近接間隔を該現像
   剤担持体表面に塗布された現像剤層の厚み以上離
   して位置決めする手段と、潜像担持体と現像剤担
   持体との間に交互電界を印加する手段と、現像部
   で現像剤担持体と潜像担持体とを同じ方向に、か
   つ現像剤担持体を潜像担持体よりわずかに遅い周
   速で駆動する手段と、を有し、潜像面と現像剤表
   層との速度差を実質的になくすようにして現像す
   ることを特徴とする現像装置。 ４ 上記駆動手段は上記現像剤担持体を上記潜像
   担持体の移動速度よりも２〜６％遅く移動させる
   特許請求の範囲第３項に記載の現像装置。