JPS641014B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、現像方法に関し、更に詳言すれば一
成分現像剤を使用する現像方法に係り、特に画像
鮮明度にすぐれ、階調性に富む可視像を得ること
を可能にする現像方法に関する。

従来、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行いるパ
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方法、また、導電
性の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方法のうち、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の画像部（本来トナ
ーが付着すべき部分）、折画像部（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。

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像を利用している
為、得られる可視像は一般に次のような欠点を有
している。

即ち、その主要なものは、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時始めて飛行する。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（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
記トナーの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
閾値以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
られるという結果になる。

更に第二の問題は静電像保持体の画像端部に現
像剤が充分に付着しない点である。これは次の理
由による。即ち、静電像形成面における画像部か
ら発する電気力線は現像電極として働く現像剤支
持体表面の方向に向かうが、上記画像端部から発
する電気力線は、背面電極の方へ回り込み現像剤
支持体表面へ到達できない場合が起る。従つて、
その場合には画像端部への現像剤の飛翔による付
着が起こらず、よつて顕画像の端部は不鮮明なも
のになる。特に電気力線の弱い線画像の場合にこ
のように顕画像が現像により細るという現像が生
ずる。

本発明は上述の各種一成分現像方法の問題点を
除去すべくなされたもので、その主たる目的は、
画像の再現性にすぐれ、階調性に富み地かぶりの
ない可視像を得る現像方法を提供することにあ
る。

以下、本発明に係る現像方法の原理とその実施
態様並びに実施例を図面を参照して、詳細に説明
する。

第１図Ａ，Ｂを参照して本発明の目的並びに効
果として表現される階調性向上について原理的説
明を行なう。

第１図Ａは、横軸に潜像電位がとられ、縦軸に
は現像剤担持体（以下トナー担持体とも言う）か
ら静電像保持面へのトナーの転移量（正方向）又
は静電像保持面に付着したトナーがトナー担持体
へはぎとられるトナー逆転移度（負方向、転移度
については後述する）をとつて示したグラフであ
る。潜像電位としては、非画像部電位V_L（通常は
画像の明部に対応する部位の表面電位で、電位と
しては最小の値である。）と画像部電位V_D（通常
は画像の暗部に対応する部位の表面電位で、電位
としては最大の値である。）を両端の電位として
表わしてある。尚、中間調を含む画像の該中間調
部位の表面電位は、その階調の程度により、V_D
とV_Lの中間の電位をとる。

第１図Ｂには、トナー担持体に印加する交互電
圧波形が横軸に電位を、縦軸に時間をとつて描い
てある。矩形波が例示されているが、この波形に
限定されるものではない。例示された矩形波は、
時間間隔t₁では上記静電像保持体の背面電極を基
準としたトナー担持体への印加電圧最小値Vmin
のバイアス電圧が印加され、同t₂では同最大値
Vmaxのバイアス電圧が印加される周期的交番波
形である。

画像部電位V_Dは、用いる静電像形成プロセス
によつて正電位を採る場合と、負電位を採る場合
があり、非画像部電位V_Lについても然りである。
しかし、ここでは理解を易しくする観点から、先
ずV_Dが正電位の場合を特に例にとり、以下説明
していく。勿論、これは説明のためのもので、本
発明はこれに限定されない。V_D＞Ｏの場合、勿
論非画像部電位V_Lとの関係はV_D＞V_Lとなる。さ
て、ここで、トナー担持体に印加する上記最大電
圧V_nax、最小電位VminとV_Lとの関係を、 Vmax＞V_D＞V_L＞V_nio ………(1) を満足するように設定すると、時間間隔t₁では、
バイアス電圧Vminがトナー粒子をトナー担持体
から静電像保持体に向けて転移させるように作用
するから、この段階をトナー転移段階と呼ぶ。
又、時間間隔t₂では、バイアス電圧Vmaxは、時
間間隔t₁において静電像保持体へ転移したトナー
を逆にトナー担持体へ戻す傾向に作用するので、
この段階をトナー逆転移段階と呼ぶ。

第１図Ａには、t₁におけるトナー転移量と、t₂
におけるトナー逆転移度が潜像電位に対し、モデ
ル的にプロツトされている。ここにトナー逆転移
度なる用語が用いられているのは、t₂において、
実際とは異なり、トナーが静電像保持体の画像部
と非画像部のいずれにも一様な層として付着して
いる状態を仮想し、この状態からバイアス電圧
Vmaxが印加された場合にトナー担持体に向かつ
て逆転移してくる量を示したもので、トナー逆転
移の確率を表わす趣旨から逆転移度なる用語にし
たわけである。

さて、トナー転移段階におけるトナー担持体か
ら静電像保持体へのトナー転移量は、第１図Ａに
破線で示したカーブａの如くになる。この曲線の
傾きは、バイアス交互電圧を印加しない場合の曲
線の傾きにほぼ等しいものである。この傾きは大
きく、しかもV_LとV_Dとの中間の値で、トナー転
移量は飽和してしまう傾向にあり、従つて、中間
調画像の再現に劣り、階調性は悪い。第１図Ａに
示した第２の破線のカーブｂは、トナー逆転移段
階における上述のトナー逆転移の確率を表わした
ものである。

ここで上記交番電圧を設定するにあたり、非画
像部へのトナーの付着が少なく且つ画像部へ付着
するトナーによる画像濃度が充分である必要があ
り、この電圧値は次の如く設定する事が望まし
い。即ち、 Vmin≒V_L−｜Vth・ｆ｜ ………(2) なる値なる事が望ましい。ここに｜Vth・ｆ｜
は、トナーがトナー担持体表面から離脱し得る静
電像形成面と上記トナー担持体の最小の絶対電位
差である。この値は現像剤の種類、現像の条件等
により変化する。この様に設定することにより非
画像部へのカブリをもたらすようなトナーの付着
が抑制されるものである。又、 Vmax≒V_D＋｜Vth・ｒ｜ ………(3) とする事により画像濃度が充分に得られる。ここ
に｜Vth・ｒ｜はトナーが静電像形成面から離脱
し、トナー担持体へ逆転移を行ない得る静電像形
成面とトナー担持体表面間の最小絶対電位差であ
る。

上述したようにトナーの転移段階と、トナー逆
転移段階とが交互に繰り返えされることにより、
最終的に第１図Ａのカーブｃに示す通りの傾きの
小さい階調再現性の極めてすぐれ非画像部におい
てもトナーの付着が実用上問題のない顕画像を得
ることが出来る。

しかしながら単一現像部のみにより現像しよう
とする場合、画像端部への現像が不充分となる場
合があり、特にライン画像が細る問題点があつ
た。

この種の現像方式は、静電荷像からの電気力線
に従つて現像剤を転移させるものであり画像端部
の電界は第２図の如くであると理解される。即
ち、画像端部５の電界の一部６は静電像保持面１
の背面電極２に向かい、又トナー３を吸引する電
界即ちトナー支持面４の導体部に向かう電界は画
像領域端部よりやや内側に入つたところから発し
ている。この為トナーが吸引付着する領域は画像
端部より内側となり、該端部は未現像となつてし
まう。この現像は上述の周期的交番バイアスの
VminをV_L≫Vminとし画像端部の電気力線が充
分にトナー支持体に向かう様にトナーの転移量を
多くする事により改善する事が可能である。しか
し、非画像部でのカブリの発生をまぬがれないの
でこの状態でカブリを無くす様にVmax≫V_Lと
し、逆転移度を大きくするとカブリの発生は防ぐ
ことが出来る。その反面画像部に於ける逆転移も
増大し、実用的な画像濃度が得られなくなるおそ
れがあることが判明した。

そこで本発明は、画像端部が充分に現像され得
る交番バイアスをトナー支持体に印加する第１の
現像部を設け、次いで第２の現像部を設けて、こ
こにおいて、画像濃度を充分に得られ、階調性の
すぐれた、そして非画像部にカブリの生じない交
番バイアスを印加して、両現像部の結合により画
像端部への現像が充分であり、階調性の極めて優
れたカブリのない顕画像を得るものである。

第１の現像部上に於ける交番バイアスは、高周
波を用いる第１の方法と印加電圧最小値Vminを
VminをVmin≪V_L換言するに Vmin＜V_L−｜Vth・ｆ｜ ………(4) を満足するように設定し転移量を増加する第２の
方法とが用いられる事が判明した。以下夫々の方
法を詳述する。

先ず第１の方法には、現像時の交番バイアスの
サイクルを増大する事によりトナー支持体と潜像
保持面との間隙におけるトナーの往復運動に活発
にし、上記の現像間隙においてトナーを一種のク
ラウド状にする事で潜像端部において上記間隙の
間で浮遊するトナーを周辺効果により画像端部に
付着させるものと考えられる。

第二の方法は上記第２図の説明で述べた様に、
第１の現像部において交番バイアスの最小印加電
圧Vminを画像端部の電気力線が充分にトナー支
持体部上向かう様に設定する事によるものであ
る。

この様に第１の現像部では画像端部を主に現像
するものであり第１の現像部通過後の顕画像は非
画像部へのカブリ、又階調性に関しては満足なも
のとはなり得ない。そこで第２の現像部において
それらの欠点を補正する現像を行なう。この第２
の現像部では上記第１図の説明において行なつた
交番バイアスを印加することで達成されるもので
ある。ここで第２の現像を行なう場合は第２の現
像バイアスに従つた最終顕画像を得られるもので
あるが、画像端部は第１の現像部に従うものであ
る即ち、第２図で説明した様にもともと、第２の
現像部では画像端部を現像する事はでき難く、又
第１の現像部において現像された画像端部は周辺
電界により捕強されている為、第２の現像の影響
を受ける事は少ないのである。この第２の現像で
重要なことは印加交互電界の周波数には、上限が
あるということである。即ち、第３図に示す如
く、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行き、1KHz
以上になると効果が殆んどなくなる。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、トナーがトナー担持体表面と静
電像形成面の間で転移、逆転移を繰り返すとき、
確実にその往復運動を行なうには、有限の応答時
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、転移を確実に行なうのに長い時間を
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、周波数の低い領域でとくにより階調
性が得られる。

ところがこれに反して第１の現像部における第
１の現像方法の場合は、トナーがトナー担持体表
面と静電像形成面との間での転移・逆転移を繰り
返すとき確実に往復運動を行なう事よりむしろ、
上記トナー担持体表面と静電像形成面との間での
トナーのクラウド状態形成の為速い往復が必要と
なり、第２の現像部における周波数とはほぼ逆の
800Hz以上の周波数が望ましい。

以下本発明に係る装置の実施態様を説明する。

実施態様１ 第４図において、１１は酸化亜鉛感光体であり
１２は背面電極であり、不図示の別の部分にて静
電潜像を形成され、矢印Ａ方向へ移動する。１３
は非磁性のステンレス製の直径40mmスリーブであ
り、内部に固定された永久磁石１４を有する。ス
リーブ１３は矢印Ｂ方向へ回転し、周速は感光体
と等速であり200mm／secである。１５は絶縁性の
磁性トナーでありその成分はスチレン樹脂60重量
％、マグネタイト38重量％、荷電制御剤２重量％
からなる。トナーはスリーブ１３の回転により搬
送されるか、スリーブ１３に近接した磁性ブレー
ド１６により約70μの塗布厚に規制される。又ト
ナーはスリーブ１３との摩擦帯電によつて電荷を
付与される。１７はトナー容器である。スリーブ
１３と感光体１１との間は150μに保持されてい
る。又ブレード１６とスリーブ１３は電気的に導
電状態に保たれ電源１８により第１の交互電圧が
印加される。ここで静電潜像は暗部電位−450V、
明部電位−40Vであつた。第１の交互電圧は周波
数1200Hzの交流1400Vppに直流−300Vが重畳さ
れたものである。第２の現像部も第１の現像部と
ほぼ同一の構成であり、スリー１３′、マグネツ
ト１４′、ブレード１６′からなり周速もスリーブ
１３と同一であり矢印ｃ方向へ移動する。ここで
スリーブ１３′上のトナーはブレード１６′により
トナー層厚は100μに規制され、スリーブ１３′と
感光体１１との間隙は200μに保持されている。
ここに第１の現像部より第２の現像部のトナー層
厚が厚いのは現像画像の濃度を充分に得る為であ
る。又ブレード１６′とスリーブ１３′も電気的に
導通であり、電源１９により交互電圧が印加され
る。この交互電圧は周波数350Hzの交流900Vppに
直流−200Vが重畳されたものである。上記構成
のもとに細線画像も良好であり、階調性も高い鮮
明な画像を得る事が出きた。

実施態様２ 第５図において20はCdS層と絶縁層を有する半
径40mmの感光ドラム、２１は永久磁石２２を内包
する半径15mmの非磁性ステンレス製のスリーブで
あり、感光ドラム２０とスリーブ２１は、周速
100mm／secの等速で同一方向に回転する。２３は
絶縁性の磁性トナーであり、その成分はポリエチ
レン樹脂65重量％、マグネタイト35重量％からな
り、又流動性向上のため0.5重量％のコロイグル
シリカが外添されている。トナーはスリーブ２１
により搬送され、スリーブ２１に間隙150μに近
接させられた鉄製のトナー規製部材２４により均
一に規制される。

尚、２５はトナー容器である。又スリーブ２１
と感光ドラム２０の間隙は約200μとなる様保持
されている。

感光ドラム２０には不図示の潜像形成手段によ
り、暗部電位＋500V、明部電位零Ｖに形成され
ている。ここで電源２６により第一の交互電圧が
印加され、周波数220Hzの交流1000Vppに直流＋
150Vが重畳されたものを印加したもので現像し
た。この場合の感光ドラム上顕画像は画像端部は
良好であるが非画像域にも多量のトナーが付着さ
れたものである。次に感光体ドラムは潜像形成、
転写、クリーニング等の行程を行なわずに１回転
した後、現像交互バイアスを第２の電源２７に切
り換え、第２の現像を行なつた。この交互電圧は
周波数220Hzの交流750Vppに直流＋250Vが重畳
されたもので行なつた。この結果第１の現像時の
非画像部へのカブリも事実上皆無と言えるほどに
なり、階調性の高い画像端部までシヤープな良好
な画像が得られた。

本発明は以上の実施態様に限定されないことは
勿論である。

本発明は以上詳述したように、次を特徴とする
ものである。

潜像保持体に対し間隙をおいて現像剤支持体を
対向させ該支持体と潜像保持体との間で現像剤を
往復動させる交互電界を用いて現像する方法にお
いて、第１と第２の現像部でこの順に現像を行な
い現像工程を完了するようにし、上記第１の現像
部には潜像の画像端部の現像を主として行なうよ
う現像剤を往復動させる第１の交互電界を形成
し、上記第２の現像部には潜像の階調性を再現す
る現像を主として行なうよう現像剤支持体が第２
の現像部へ新たに供給してきた現像剤を転移させ
ると＋に潜像担持体に不要に付着している現像剤
を潜像担持体から離脱させる、第１交互電界を形
成する周波数、最高電位と最小電位との電位差に
対して少なくとも一方が小さい第２の交互電界を
形成することを特徴とする現像方法。

これにより本発明は次の効果を有している。

(1) 第１の現像部によつて現像剤の支持体と潜像
保持体間の往復運動を増大させ、又は潜像保持
体へ向けての転移量を増加させることができる
から、一種のクラウド状態が形成でき、画像の
端部の現像がエツジ効果現象によつて充分に行
なえ、また線画像のシヤープな顕画像が得られ
る。

(2) 第２の現像部によつて現像剤を潜像のレベル
又は濃度に応じて忠実に再現させ、階調性を向
上させることができる。

(3) 交番バイアスによつて、必ず現像剤の逆転移
段階を有するから、非画像部における地カブリ
を実質上問題とならない微小な程度以下におさ
えることができる。

(4) 現像過程を、先ず第１の現像部によつてエツ
ジ現像を充分に行ない、次いで第２の現像部に
よつて中間調等の再現の良好な階調性現像を行
なうものであるからどのようなパターンのオリ
ジナル、光像、点像等の濃度変化をも忠実に再
現し、最終的に地カブリのない階調性の高い良
質の顕画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂは本発明に係る現像方法における
交番バイアス印加の原理を説明する特性図、第２
図は潜像保持体と現像剤支持体図の電気力線を示
す説明図、第３図は潜像電位対画像濃度の関係を
交番電界周波数を変えて示した特性図、第４図及
び第５図は本発明に係る現像方法及び装置の実施
態様を示す断面図である。 １１，２０……潜像保持体、１３，１３′，２
１……現像剤支持体、１５，２３……現像剤、１
８，２６……第１の交番バイアス電源、１９，２
７……第２の交番バイアス電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 潜像保持体に対し間隙をおいて現像剤支持体
   を対向させ該支持体と潜像保持体との間で現像剤
   を往復動させる交互電界を用いて現像する方法に
   おいて、第１と第２の現像部でこの順に現像を行
   ない現像工程を完了するようにし、上記第１の現
   像部には潜像の画像端部の現像を主として行なう
   よう現像剤を往復動させる第１の交互電界を形成
   し、上記第２の現像部には潜像の階調性を再現す
   る現像を主として行なうよう現像剤支持体が第２
   の現像部へ新たに供給してきた現像剤を転移させ
   ると共に潜像担持体に不要に付着している現像剤
   を潜像担持体から離脱させる、第１交互電界を形
   成する周波数、最高電位と最小電位との電位差に
   対して少なくとも一方が小さい第２の交互電界を
   形成することを特徴とする現像方法。 ２ 前記第１の交互電界として周波数800Hz以上
   の交互電界を与えることを特徴とする特許請求の
   範囲の第１項に記載の現像方法。 ３ 前記第１の交互電界として、非画像部の電位
   をV_L、交互電界の最低値をVmin、現像剤がその
   支持体から離脱し得る潜像面と現像剤支持体の最
   小の絶対電位差を｜Vth・ｆ｜とするとき、 Vmin＜V_L−｜Vth・ｆ｜ を満足する交互電界を与えることを特徴とする特
   許請求の範囲の第１項に記載の現像方法。 ４ 前記第２の交互電界として、周波数1KHz以
   下の交互電界を与えることを特徴とする特許請求
   の範囲の第１項又は第２項に記載の現像方法。 ５ 前記第１、第２の現像部は夫々磁極を内包す
   る第１、第２の異なる非磁性回動体が潜像保持体
   に対して順に形成している別の位置であることを
   特徴とする特許請求の範囲の第１項乃至第４項い
   ずれかに記載の現像方法。 ６ 前記第１、第２の現像部は、磁極を内包する
   非磁性回動体と潜像保持体との間に形成している
   共通位置であつて、潜像保持体の第１の回動で第
   １現像部、次いで潜像保持体の第２の回動で第２
   の現像部が与えられることを特徴とする特許請求
   の範囲の第１項乃至第４項いずれかに記載の現像
   方法。