JPS641021B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子写真現像方法及び装置に関し、
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装置に関す
る。

従来、一成分現像剤を使用する電子写真現像方
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方法、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、トナーは静電像保持面にに画像部（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背景の領域部分）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、所謂地カブリ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にこの閾値を越
える表面電位を有する画像部に、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
はほとんどの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。

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発明であつて、その主たる
目的とするところは、画像の再現性にすぐれ、階
調性に富む可視像を得ることを可能にする現像方
法及び装置を提供することにあり、更にオリジナ
ル画像が新聞、ジアゾ複写紙等の着色紙に対して
もカブリのない良好な現像画像を得られる装置を
提供するものである。

本発明は磁石を内包した現像剤担持体と、該現
像剤担持体表面に一成分磁性トナーの層厚を規制
する部材とを有し、潜像保持体と現像剤担持体と
の現像間〓で一成分磁性トナー層を潜像担持体に
対して非接触にして現像を行なう現像装置であつ
て、上記磁石は上記規制部材の磁性トナー層規制
域に磁力を与えるとともに、上記現像間〓に磁力
を与えるものであつて、該規制域への磁力を変化
させずに該現像間〓への磁力を磁界の方向を変化
させずに磁束密度を可変する手段と、該現像間〓
へ磁性トナーの往復運動を与える交互電界を形成
する手段とを有するものである。

磁石を内包し、磁性現像剤層を表面に担持した
現像剤担持体を現像部において潜像保持体と間隙
を保持して対峙させ、上記現像間隙における低周
波電界が上記静電像保持体の少くとも非画像部に
おいてては交番すべく外部摺動電界を与え、これ
により該非画像部と該現像剤担持体の間におい
て、現像剤の粒子の往復運動を行なわしめ更に現
像部において磁界の方向が同じで磁石密度の異な
つた磁界を選択的に形成して画像の性質に応じて
現像するものである。

これにより、地カブリの生じ易いオリジナル画
像の場合、現像部における磁界を強くし、トナー
を支持体に強く拘束ることでトナー転移の閾値を
大きくし、現像画像の地カブリをなくし、また通
常のオリジナル画像の場合、磁界を弱くし充分な
階調性再現を得ることができる。

以下、本発明に係る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図を例にとつて説明する。下段にはトナー
担持体に印加する電圧波形が示され、ここでは矩
形波となつているが、後述するようにこれに限る
ものではない。時間間隔t₁で大きさVminのバイ
アス電圧が印加され、また、時間間隔t₂では大き
さVmaxのバイアス電圧が印加される。Vmin、
Vmaxの大きさは、像面に形成されている画像部
電荷が正で、これを負に帯電したトナーで現像す
る場合は画像部電位をV_D、非画像部電位をV_Lと
するとき Vmin＜V_L＜V_D＜Vmax ……(1) を満足するように選ぶ。このように選べば、時間
間隔t₁ではバイアス電圧Vminは現像を促進する
傾向に作用するものでトナー転移段階と呼ぶ。ま
た時間間隔t₂ではバイアス電圧Vmaxは現像を抑
止し、時間間隔t₁において潜像面へ転移したトナ
ーを逆にトナー担持体へ戻す傾向に作用するので
トナー逆転移段階と呼ぶ。

第１図に於けるVth・ｆ、Vth・ｒは、それぞ
れトナー担持体より潜像面へ潜像面よりトナー担
持体へ転移するための、電位閾値であり、図に示
された曲線の立ち上がりの最も傾きの大きい点よ
り、直線で外挿した電位値と考える。第１図上段
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てモデル的にプロツ
トされている。

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図に破線で
示したカーブ１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図に示し
た第２の破線のカーブ２は、トナー逆転度の確率
を表わしたものである。

以下に説明する実施例においては、このような
トナー転移段階と、トナー逆転移段階とが、交互
に繰り返されることを特徴の１つとするが、更に
第２の特徴として、現像過程の後半にかけて、ト
ナー担持体と静電像保持体との間の間隙即ち現像
間隙に働く電界の強度を、以下に述べる方法によ
り特異な態様で変化させる。換言すると電界強度
の調節を行わしめることにより、トナーの転移を
制御して最終的には、静電像保持体の表面に転
移、付着して現像に寄与するトナーの転移量を、
静電像の電位に応じて収束せしめ、トナー転移量
を第１図にカーブ３として示した通り、傾きの小
さい、且つV_LからV_Dにかけてほぼ一様なトナー
転移量変化を来す現象を得ることが出来るもので
ある。従つて、非画像部においては、最終的にト
ナーの付着は実用上皆無に近く、他方中間調画像
部分へのトナーの付着は、その表面電位に則した
階調性の極めて高い優れた顕画像が得られる。

現像間隙における斯かる電界強度の調節の方法
としては、印加交互電圧を次第に適当な直流一定
値に収束させていく方法もあるが、本発明は現像
間隙そのものを現像過程において大きくしていく
方法を採用している。以下、その方法について詳
述する。

この方法における現像過程の一例を第２図に示
す。第２図Ａ，Ｂに示されるように、静電像保持
体４は矢印方向に移動し、この間に現像領域、
を通過し、に至る。５はトナー担持体であ
る。従つて静電像保持面と、トナー担持体は現像
部において最近接位置から、次第にその間隙を広
げていく。同図Ａは静電像保持体の画像部、同Ｂ
は非画像部におけるトナー担持体からの転移、逆
転移の電界を示す。又、同図Ｃは、トナー担持体
に印加される交番電圧の波形を示し、静電像電荷
が正の場合、｜Vmax−V_L｜＞｜V_L−Vmin｜、｜
Vmax−V_D｜＜｜V_D−Vmin｜……(2)と設定され
ている。

領域で現像における第１の過程が、又領域
で第２の過程が生じている。第２図Ａに示した画
像部の場合、領域では、トナーの転移、逆転移
の両方が交互におこつている。現像間隙が離れて
いくためでは、共に電界が弱くなり、トナー転
移は可能であるが逆転移をおこす最小電位（（閾
値Vth・ｒ）以上の送転移電界はない。では、
最早転移、逆転移共におこらず、現像は完結す
る。

第２図Ｂに示した非画像部の場合、領域では
トナーの転移、逆転移の両方がおこつている。従
つてこの領域では地カブリが生じている。では
共に電界が弱くなり、トナー逆転移は可能である
が転移をおこす最小電位（閾値Vth・ｆ）以上の
転移電界は無い。この領域で地カブリは除去され
る。では最早転移、逆転移共におこらず、現像
は完結する。中間調については、その電位に応じ
たトナー転移量と逆転移量の大小によつて最終的
な潜像面へのトナー転移量が決まり、結局第１図
の曲線３のように傾きの小さい。従つて階調性の
高いものになる。

尚、上記潜像保持面と現像剤支持面との間で現
像剤の往復運動を確実に行わせるためには有限の
応答時間が必要で、上記の交番バイアスの周波数
1KHz以下のものが、望ましい。

この様にして階調性の高い現像が行える様にな
つた為が、他方オリジナル画像が新聞、ジアゾ紙
等の着色地のものは現像画像にカブリが生じ易い
結果となる。そこで前述したトナーの転移閾値
Vth・ｆを制御することによりこの不都合を解消
しうる。トナーの転移閾値はトナーの支持体への
拘束力により変わるものであり、本発明は磁性ト
ナーを用い現像部での磁界強度により磁性トナー
の支持体への拘束力を制御するものである。第３
図にスリーブ上の表面磁束によるトナー転移閾値
を示す。この様にスリーブ上の表面磁束密度を増
す事によりトナーの転移閾値を増す事が出来る。
これは主に磁性トナー特性（例えば磁性体含有量
量、トナー摩擦電荷量、トナー粒径、トナー比重
等）により異なる。

第４図は本発明の一実施態様の説明図である。
図中１１はアルミニウム等の非磁性円筒であり、
現像部（感光体２の静電像画像部に現像剤が静電
吸着せしめられる所）Ｄに於いて感光体２との間
に微小間隙を有するように配置されている。この
円筒１１の周面には非磁性容器１２から絶縁性一
成分磁性現像剤（磁性トナー）Ｔが供給される。
この現像剤Ｔは多極マグネツト部材１３によつて
非磁性円筒１１周面上に保持され、そして不図示
のモータによる円筒１１の矢印方向への回転によ
つて現像部Ｄに搬送される。搬送中、現像剤の層
中で現像剤粒子は、マグネツト部材１３の形成す
る磁界の作用で連鎖状に穂立ち、倒れ、これを繰
り返えすことによつて導電性円筒１１周面と粒子
とが摩擦するから、現像剤粒子は静電像画像部と
逆極性に摩擦帯電する。１４は磁性体のドクター
ブレードで非磁性容器１２の前部側壁板１２′に
固定され、円筒１１周面との間に微小間隔をおい
て保持されている。この小間隔によつて円筒１１
周面に担持されて現像部に搬送される量（層厚）
が規制されるものであるが、その層厚を薄くする
為、上記磁性ブレード１４は円筒１１の筒肉を介
して多極マグネツト部材１３の１つの磁極（図で
はS₃）に対向している。即ち、磁性ブレード１４
は上記磁極と協働して、円筒１１とブレード１４
間に磁界カーテン（円筒１１周面にほぼ垂直なこ
とが好ましい）を形成し、これを通過する現像剤
量を規制している。

円筒１１の周面上に形成された薄い現像剤層は
円筒１１の回転に従つて現像部Ｄに達する。現像
部では、マグネツト部材１３の磁極（図ではN₁）
によつて磁界が形成されている。この磁界は、円
筒１１と感光体２（感光体２を含む感光体ドラム
１は非磁性体）の現像部に於ける最小間隙部、即
ち、ドラム１と円筒１１の夫々の回転中心を結ぶ
線上での感光体１２と円筒１１の間隙部で、感光
体２と円筒１１の双方の周面に夫々垂直である。
即ち、１つの磁極が上記線上に位置せしめられて
いる。これによつて現像剤粒子の感光体への移行
付着が極めて良好に行われる。上記磁界の方向は
上記感光体２と円筒１１の最小間隙部で両者の周
面に垂直でなくてもよいが、マグネツト部材の少
なくとも１つの磁極が円筒１１の筒壁肉について
現像部Ｄの背後位置に配置されることが好まし
い。いずれにせよ、上記磁界の作用により、現像
部Ｄに於いて円筒１１周面上の磁性現像剤層は、
磁界のない場合、又は磁界が隣り合つた磁極と磁
極の間の領域に於ける如く円筒１１周面に平行に
なつている場合に比べてその厚みが増し、現像剤
層表層部が感光体２表面に接近する。

ここで現像剤支持円筒１１と感光体２の背面電
極１との間には交番電界が印加されるべく、電源
２３が設けられ、現像部Ｄにおいて感光体２表面
と円筒１１の間隙で前述の通りトナーが往復運動
し、カブリのない階調性の高い現像が得られる構
成をなしている。そして現像に供されず、円筒１
１周面上に残留した現像剤は円筒１１の回転によ
つて再び容器１２中に戻される。

さて、１３は非磁性円筒筒１１の中空内に、円
筒１１と共軸に配置された、周囲に複数の（図で
は８極）磁極N₁〜N₄、S₁〜S₄を有する円柱状マ
グネツト部材である。図の如く反対極性の磁極が
部材１３周囲に交互に等間隔に並んでいる。各磁
極の強さについて言えば、第４図示例ではN₁＞
S₁＞N₂となつており、残りの極の強さは全て等
しい。例えばこの残りの極の強さはS₁極の強さと
等しくされる。

マグネツト部材１３は、現像装置本体に対して
回動可能に（但し、現像工程進行中に於いては回
動しない）支持された軸１５に固定されている。
この軸１５には円板１６が固定されており、そし
てこの円板１６には、ばね孔１７が穿設されてい
る。ばね孔１７中にはクリツクばね１８が嵌装さ
れていて、クリツクボール２０を外向き方向に付
勢している。このクリツクボール２０は、円板１
６に相対的に摺動自在に嵌合され、現像装置本体
に固定されているリング１９に設けられたクリツ
ク孔２１に嵌合し、これによつてマグネツト部材
１３の回動位置の位置決めを行うようになつてい
る。この図示例においてはクリツク孔２１は軸１
５に関して45゜宛離れてリング１９に設けられて
いる。そしてボール２０が図で最も上部の孔２１
に嵌合した時、マグネツト部材の磁極N₁が、図
で中央の孔２１に嵌合した時磁極S₁が、図で最も
下の孔２１に嵌合した時磁極N₂が、夫々軸１５
とドラム１の回転中心を結ぶ線上に来るようにな
つている。即ち、軸１５を回動することによつ
て、マグネツト部材１３のN₁、S₁、N₂の各磁極
を同一位置（今の場合現像部に同一方向の磁界
（実施例では円筒１１周面と感光体２に垂直な磁
界）を含むを形成する位置）に選択的に位置決め
でき、各磁極は現像工程中その位置に静止でき
る。これによつて現像部での磁束密度を変化させ
ることができる。言うまでもなく、現像部に於け
る磁束密度の大きさは、磁極N₁が上記位置に配
置された時が最も大きく、磁極N₂が上記位置に
配置された時が最も小さく、磁極S₁が上記位置に
配置された時は、上２者の間の大きさである。上
記軸１５は、この軸１５に一体的に固定され、複
写装置外装筐体外に配置されたダイアルを操作者
が被複写原稿に応じて操作することによつて、回
動される。

尚、マグネツト部材１３を上記３つの回動停止
位置に選択的に位置決めしても、磁性ドクターブ
レード１４に円筒１１の筒壁を介して対向する位
置（第２図のS₃の位置）には磁極S₃、N₄S₄のい
ずれかが同様に同一位置に位置決めされ、そして
これら３つの磁極の磁力は同じであるから、円筒
１１周面上に形成され現像部Ｄに搬送される現像
剤層の厚み、従つて現像剤量は、現像部Ｄにおけ
る磁界の磁束密度が変化しても一定に保たれる。
オリジナル原稿が着色紙等の場合、又は全体的に
異常に高電位である場合にはマグネツト部材は第
４図の位置、即ち最も強い磁力の磁極N₁が現像
部に磁界を形成する位置に位置決めされ、これに
よつて現像画像は第３図に示したようにトナー転
移の閾値が大となるから地カブリのない像が得ら
れる。一方オリジナルが白色紙等の地カブリが本
来出にくい場合には、磁力の最も弱い磁極N₂が
第４図のN₁極の位置に配置され、これによりカ
ブリもなく階調性も良好な現像像が得られる。又
潜像が上記両者の中間にある場合には、磁極S₁が
第４図N₁の位置に配置され、上記両特性の中間
的な顕画像が得られる。

次に第４図装置を使用した実験例を示す。感光
体２と円筒１の現像部における最小間隔を150μ、
円筒１１とブレード１４の間隔を200μ、円筒１
１周面上での磁束密度を磁極N₁については1000
ガウス、S₁については750ガウス、N₂については
500ガウス、他の極については600ガウスとした。
交互電圧は周波数200Hz振幅400Vの正弦波に直流
電圧250Vが重畳されている。粒径が平均約10μの
一成分磁性現像剤層の層厚は、ブレード１４を通
過した直後の位置で約100μである。着色原稿に
ついては磁極N₁を使用し、白色原稿については
磁極N₂を用い、ともにカブリのない階調性の高
い良好な現像画像が得られた。

本発明は以上のように、磁石を内包し磁性現像
剤層を表面に担持した現像剤担持体を現像部にお
いて潜像保持体と間隙を保持して対岐させ、この
現像間隙に交番電界を与えて現像剤粒子の往復運
動を行わしめ、かつ該現像部において磁界の方向
が同じで磁束密度の異なつた磁界を選択的に形成
することを特徴とする現像装置を提供するもので
あるから、上記交番電界による顕画像の階調性向
上と共に、原画の種類（着色紙等の地カブリの生
じやすいものや写真等の中間調画像等）に応じ
て、上記現像部に形成される磁界の強さを調整
し、もつて上記交番電界により付勢される現像剤
転移の閾値をコントロールし、すぐれた階調性を
もつとともに地カブリが実質的に皆無の良品質の
顕画像を得ることができたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る現像方法の原理を説明す
るグラフと印加交番電界の波形を示す特性図、第
２図Ａ，Ｂは本発明に係る現像方法における第
１、第２の過程の現像剤移動を説明する説明図、
第２図Ｃは印加交番電圧波形と現像剤転移閾値と
の関係を示す波形図、第３図はスリーブ表面磁束
密度と現像剤転移閾値との関係を示す特性図、第
４図は本発明に係る現像装置の１実施態様の断面
図である。 ２……潜像保持体、１１……現像剤担持体、Ｔ
……磁性現像剤、１３……磁石、２３……交番電
圧源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁石を内包した現像剤担持体と、該現像剤担
   持体表面に一成分磁性トナーの層厚を規制する部
   材とを有し、潜像保持体と現像剤担持体との現像
   間〓で一成分磁性トナー層を潜像担持体に対して
   非接触にして現像を行なう現像装置において、 上記磁石は上記規制部材の磁性トナー層規制域
   に磁力を与えるとともに、上記現像間〓に磁力を
   与えるものであつて、該規制域への磁力を変化さ
   せずに該現像間〓への磁力を磁界の方向を変化さ
   せずに磁束密度を可変する手段と、 該現像間〓へ磁性トナーの往復運動を与える交
   互電界を形成する手段と、 を有することを特徴とする現像装置。