JPH02242267A - 二成分磁気ブラシ現像法 - Google Patents
二成分磁気ブラシ現像法Info
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- JPH02242267A JPH02242267A JP6200989A JP6200989A JPH02242267A JP H02242267 A JPH02242267 A JP H02242267A JP 6200989 A JP6200989 A JP 6200989A JP 6200989 A JP6200989 A JP 6200989A JP H02242267 A JPH02242267 A JP H02242267A
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Landscapes
- Magnetic Brush Developing In Electrophotography (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
電子写真記録装置等に用いられる二成分磁気ブラシ現像
法におけるトナーの帯電量の規定に関し、印字品位を安
定に保つために必要な二成分磁気ブラシ現像法を提供す
ることを目的とし、電子写真装置に用いるトナーとキャ
リアからなる二成分磁気ブラシ現像法において、εoを
真空の誘電率(8,854X10−” F/m) 、e
、tをトナー層の比誘電率、δをトナーの比重、pをト
ナー層の充填率、VLIを飽和トナー電圧(実効潜像強
度:Vb−Vo 、Vbは現像バイアス電圧、■。は潜
像電位)、Tを比例定数(=0.5)、Mをトナー付着
量、d、を感光体の厚さ、ε1を感光体の比誘電率、V
8を一様帯電電位、γtをトナーの半径、Flをトナー
と感光体間の機械的な付着力(4,2×10−8N)
、d、を現像後のトナー層の厚さ、mをトナー1個の平
均的な質量、σcoを最適転写電荷量(320μC/r
rr)としたとき、(a)転写条件 (b)現像濃度条件 ε自 (c)かぶり濃度条件 の各式を全べて満たすようにトナー比電荷T2を決定す
るように構成する。
法におけるトナーの帯電量の規定に関し、印字品位を安
定に保つために必要な二成分磁気ブラシ現像法を提供す
ることを目的とし、電子写真装置に用いるトナーとキャ
リアからなる二成分磁気ブラシ現像法において、εoを
真空の誘電率(8,854X10−” F/m) 、e
、tをトナー層の比誘電率、δをトナーの比重、pをト
ナー層の充填率、VLIを飽和トナー電圧(実効潜像強
度:Vb−Vo 、Vbは現像バイアス電圧、■。は潜
像電位)、Tを比例定数(=0.5)、Mをトナー付着
量、d、を感光体の厚さ、ε1を感光体の比誘電率、V
8を一様帯電電位、γtをトナーの半径、Flをトナー
と感光体間の機械的な付着力(4,2×10−8N)
、d、を現像後のトナー層の厚さ、mをトナー1個の平
均的な質量、σcoを最適転写電荷量(320μC/r
rr)としたとき、(a)転写条件 (b)現像濃度条件 ε自 (c)かぶり濃度条件 の各式を全べて満たすようにトナー比電荷T2を決定す
るように構成する。
本発明は、電子写真記録装置等に用いられる二成分磁気
ブラシ現像法におけるトナーの帯電量の規定に関する。
ブラシ現像法におけるトナーの帯電量の規定に関する。
トナーの帯電量は、現像・転写等の印字プロセスに太き
(影響を及ぼし、印字品位を左右する重要な値である。
(影響を及ぼし、印字品位を左右する重要な値である。
現在、普通紙に早(綺麗な印字ができる電子写真記録方
式が広く用いられている。
式が広く用いられている。
第13図に電子写真記録方式を用いたプリンタの構成例
を示し、記録原理を説明する。
を示し、記録原理を説明する。
例えば、セレンを用いた感光体ドラム1をコロナ帯電器
2により、正の電荷で均一に帯電する。
2により、正の電荷で均一に帯電する。
その後、画像パターンに従って露光3を行い、目に見え
ない電荷の像(潜像)を形成する。その後、現像器4に
より帯電した着色微粒子であるトナーをこの潜像に付着
させ、可視像とする。このトナー像に記録紙5を重ね、
背面からコロナ帯電器6により、帯電トナーと逆極性の
電荷を与え、静電的にトナーを記録紙5に写す。転写さ
れたトナー像は、定着器7のヒートローラ等により溶か
され記録紙5に固定される。一方、転写されずに残った
感光体上の残留トナーは、ファーブラシクリーナ8等に
より、除去される。この過程を繰り返し、連続的に印字
を行う。
ない電荷の像(潜像)を形成する。その後、現像器4に
より帯電した着色微粒子であるトナーをこの潜像に付着
させ、可視像とする。このトナー像に記録紙5を重ね、
背面からコロナ帯電器6により、帯電トナーと逆極性の
電荷を与え、静電的にトナーを記録紙5に写す。転写さ
れたトナー像は、定着器7のヒートローラ等により溶か
され記録紙5に固定される。一方、転写されずに残った
感光体上の残留トナーは、ファーブラシクリーナ8等に
より、除去される。この過程を繰り返し、連続的に印字
を行う。
第13図に示すような電子写真記録の現像方式としては
、−船釣に磁気ブラシ現像器が用いられている。第14
図に磁気ブラシ現像器の構成の一例を示す。現像器は、
固定された磁気ローラ9上に、回転可能な非磁性の金属
スリーブ10が設けられている。現像剤としては、直径
100戸程度の鉄粉からなるキャリア11と、直径10
−程度の樹脂であるトナー12がある一定割合で混合さ
れている。トナーとキャリアとが撹拌されると、トナー
はキャリアとの摩擦により帯電し、キャリア表面に静電
的に付着する。
、−船釣に磁気ブラシ現像器が用いられている。第14
図に磁気ブラシ現像器の構成の一例を示す。現像器は、
固定された磁気ローラ9上に、回転可能な非磁性の金属
スリーブ10が設けられている。現像剤としては、直径
100戸程度の鉄粉からなるキャリア11と、直径10
−程度の樹脂であるトナー12がある一定割合で混合さ
れている。トナーとキャリアとが撹拌されると、トナー
はキャリアとの摩擦により帯電し、キャリア表面に静電
的に付着する。
第15図に、磁気ブラシ現像器での現像領域の様子を示
す。第15図(a)は潜像部を目に見える像とする画像
部の状態を示し、第15図(b)は潜像部以外の部分す
なわち背景部の状態を示している。現像器に掛けるバイ
アス電圧■、は、般に均一帯電電位■、と潜像電位■。
す。第15図(a)は潜像部を目に見える像とする画像
部の状態を示し、第15図(b)は潜像部以外の部分す
なわち背景部の状態を示している。現像器に掛けるバイ
アス電圧■、は、般に均一帯電電位■、と潜像電位■。
との間に設定されている。すると、画像部においては、
帯電トナー12が感光体13の表面に移動する方向の電
場が発生し、この電場により帯電トナー12が感光体1
3の表面に付着する。一方、背景部においては、感光体
13の表面から現像ローラ14に向けて電場が発生し、
帯電トナー12が逆に現像ローラ14側に移動する方向
の力が働く。このため通常では、感光体表面に機械的に
付着している帯電トナーは静電的に除去され、背景部の
汚れのない綺麗な印字が可能となると考えられていた。
帯電トナー12が感光体13の表面に移動する方向の電
場が発生し、この電場により帯電トナー12が感光体1
3の表面に付着する。一方、背景部においては、感光体
13の表面から現像ローラ14に向けて電場が発生し、
帯電トナー12が逆に現像ローラ14側に移動する方向
の力が働く。このため通常では、感光体表面に機械的に
付着している帯電トナーは静電的に除去され、背景部の
汚れのない綺麗な印字が可能となると考えられていた。
従来の二成分磁気ブラシ現像方式においては、かぶり発
生のメカニズムが解明されておらず、トナーの帯電電荷
量とかぶり現象との関係が明らかにされていなかった。
生のメカニズムが解明されておらず、トナーの帯電電荷
量とかぶり現象との関係が明らかにされていなかった。
このため、ややもすると、背景部が全体的に灰色がかっ
た印字になることが多かった。さらに、印字濃度と直接
に関係しているトナーの帯電量と画像濃度との関係につ
いても明らかにされておらず、開発した各種の電子写真
装置毎に感と経験によって、トナーの帯電量を決定して
いるのが現状であった。このため、非常に多(の開発工
数を必要としていた。
た印字になることが多かった。さらに、印字濃度と直接
に関係しているトナーの帯電量と画像濃度との関係につ
いても明らかにされておらず、開発した各種の電子写真
装置毎に感と経験によって、トナーの帯電量を決定して
いるのが現状であった。このため、非常に多(の開発工
数を必要としていた。
本発明は、上記従来の問題点に鑑み電子写真プロセス全
体に渡ってトナーの帯電量がどのような影響を及ぼすか
について、理論および実験の両面から検討を加え、印字
品位を安定に保つために必要な二成分磁気ブラシ現像法
を提供することを目的とする。
体に渡ってトナーの帯電量がどのような影響を及ぼすか
について、理論および実験の両面から検討を加え、印字
品位を安定に保つために必要な二成分磁気ブラシ現像法
を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明の二成分磁気ブラシ現
像法は、 電子写真装置に用いるトナーとキャリアからなる二成分
磁気ブラシ現像法において、εoを真空の誘電率(8,
854X10−” F / m ) −εrtをトナー
層の比誘電率、δをトナーの比重、Pをトナー層の充填
率、VtSを飽和トナー電圧(実効潜像強度:Vb
Vo ; Vbは現像バイアス電圧、■。は潜像電位)
、Tを比例定数(=0.5)、Mをトナー付着量、d、
を感光体の厚さ、εrtを感光体の比誘電率、■8を一
様帯電電位、γtをトナーの半径、F、をトナーと感光
体間の機械的な付着力(4,2XIO”8N) 、d、
を現像後のトナー層の厚さ、mをトナー1個の平均的な
質量、σcoを最適転写電荷量(320μCard)と
したとき、(a)転写条件 〔作 用〕 トナーの帯電量が現像プロセスと転写プロセスに影響を
与えることから、実用的な転写ができるトナー比電荷を
決定できる(a)転写条件、(b)現像濃度条件、(C
)かぶり濃度条件の3弐を求め、これらの式よりトナー
の比電荷を決定することにより良好な印字品位を得るこ
とができる。
像法は、 電子写真装置に用いるトナーとキャリアからなる二成分
磁気ブラシ現像法において、εoを真空の誘電率(8,
854X10−” F / m ) −εrtをトナー
層の比誘電率、δをトナーの比重、Pをトナー層の充填
率、VtSを飽和トナー電圧(実効潜像強度:Vb
Vo ; Vbは現像バイアス電圧、■。は潜像電位)
、Tを比例定数(=0.5)、Mをトナー付着量、d、
を感光体の厚さ、εrtを感光体の比誘電率、■8を一
様帯電電位、γtをトナーの半径、F、をトナーと感光
体間の機械的な付着力(4,2XIO”8N) 、d、
を現像後のトナー層の厚さ、mをトナー1個の平均的な
質量、σcoを最適転写電荷量(320μCard)と
したとき、(a)転写条件 〔作 用〕 トナーの帯電量が現像プロセスと転写プロセスに影響を
与えることから、実用的な転写ができるトナー比電荷を
決定できる(a)転写条件、(b)現像濃度条件、(C
)かぶり濃度条件の3弐を求め、これらの式よりトナー
の比電荷を決定することにより良好な印字品位を得るこ
とができる。
(b)現像濃度条件
ε ―
(c)かぶり濃度条件
の各式を全べて満たすようにトナー比電荷T、を決定す
ることを特徴とする。
ることを特徴とする。
本発明者らは、先ず電子写真プロセス全体について詳細
な検討を行った。その結果、トナーの帯電量は、現像プ
ロセスと転写プロセスのみに影響を与えていることを明
らかにした。現像プロセスでは、■感光体表面へのトナ
ーの付着量すなわち印字の濃さ、■画像部以外の場所で
ある背景部へのトナーの付着による汚れ(かぶり現象)
、とに大きく影響を与えており、転写プロセスでは、I
・ナー像の記録紙への転写効率に影響を与えていること
を明らかにした。
な検討を行った。その結果、トナーの帯電量は、現像プ
ロセスと転写プロセスのみに影響を与えていることを明
らかにした。現像プロセスでは、■感光体表面へのトナ
ーの付着量すなわち印字の濃さ、■画像部以外の場所で
ある背景部へのトナーの付着による汚れ(かぶり現象)
、とに大きく影響を与えており、転写プロセスでは、I
・ナー像の記録紙への転写効率に影響を与えていること
を明らかにした。
以下では、印字品位に影響を及ぼす、■現像時のトナー
付着量、■かぶり現象、■トナー像の静電転写効率、と
トナーの帯電量との関係について理論的・実験的に詳細
な説明を行い、良好な印字品位を得るために必要なトナ
ー帯電量の条件を求める。
付着量、■かぶり現象、■トナー像の静電転写効率、と
トナーの帯電量との関係について理論的・実験的に詳細
な説明を行い、良好な印字品位を得るために必要なトナ
ー帯電量の条件を求める。
(1)現像時のトナー付着量からの条件二成分磁気ブラ
シ現像法のトナー付着量についての理論的な検討は、文
献(中島、木材、堀江、松田: “磁気ブラシ現像の動
的解析パ、電子情報通信学会、論文誌(c)、 J61
−C,9,pp、601−606(昭和53−09)
、 )に示されるように十分検討が加えられている。こ
こでは、本発明に必要な部分について以下に説明する。
シ現像法のトナー付着量についての理論的な検討は、文
献(中島、木材、堀江、松田: “磁気ブラシ現像の動
的解析パ、電子情報通信学会、論文誌(c)、 J61
−C,9,pp、601−606(昭和53−09)
、 )に示されるように十分検討が加えられている。こ
こでは、本発明に必要な部分について以下に説明する。
二成分磁気ブラシ現像は、第1図に示すように静電潜像
を帯電トナーで埋めていく過程である。
を帯電トナーで埋めていく過程である。
図に示す用な反転現像法では、電荷の除去された潜像部
に同極性のトナーを、磁気ブラシと感光体間の電界によ
り付着させる。
に同極性のトナーを、磁気ブラシと感光体間の電界によ
り付着させる。
第2図に示すように速度υ4で移動している感光体ドラ
ム13を速度υ、の磁気ブラシ16が相対して現像して
いる場合を考える。ここで、トナーの供給能θを次で定
義する。
ム13を速度υ、の磁気ブラシ16が相対して現像して
いる場合を考える。ここで、トナーの供給能θを次で定
義する。
υ d
ここで、nは多段現像などを考慮した場合の繰り返し現
像回数である。今、現像過程を現像領域へのトナーの搬
送供給とトナーの感光体表面への静電力によるトナーの
移動とに分けて考える。前者をトナー供給能θで評価し
、後者を現像領域における電束密度で評価する。電束密
度はトナー層の厚さXの変数である空隙電界E (x)
と真空の誘電率εoとの積εoE (x)で表せる。ト
ナー付着量Mは、トナー供給能θおよび電束密度εoE
(x)が大きくなるにつれて増加すると考えられる。
像回数である。今、現像過程を現像領域へのトナーの搬
送供給とトナーの感光体表面への静電力によるトナーの
移動とに分けて考える。前者をトナー供給能θで評価し
、後者を現像領域における電束密度で評価する。電束密
度はトナー層の厚さXの変数である空隙電界E (x)
と真空の誘電率εoとの積εoE (x)で表せる。ト
ナー付着量Mは、トナー供給能θおよび電束密度εoE
(x)が大きくなるにつれて増加すると考えられる。
ここで、付着トナー31Mを付着したトナーの面積電荷
密度Qで評価し、Qの微少増加dQが電束密度εoE(
x)とθの微少増加分dθに比例すると仮定すると次式
が得られる。
密度Qで評価し、Qの微少増加dQが電束密度εoE(
x)とθの微少増加分dθに比例すると仮定すると次式
が得られる。
dQ−r・εoE (x) dθ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・(2)但し、Tは比例定
数である。
・・・・・・・・・・・・・・(2)但し、Tは比例定
数である。
面積電荷密度Qは、付着トナー層の厚さXと体積電荷密
度ρとで表され次式となる。
度ρとで表され次式となる。
Q−ρX ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)弐(3
)を弐(2)に代入整理すると次式となる。
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3)弐(3
)を弐(2)に代入整理すると次式となる。
以下この微分方程式を解き、付着トナー量とトナー供給
能θとの関係を求める。
能θとの関係を求める。
先ず、空隙電界E (X)を第3図より求める。
図において、厚さd、の感光体13上に厚さXの付着帯
電トナー層12aがあり、空隙gをはさんで、磁気ブラ
シ上に厚さdtのトナー層12があると仮定する。空隙
電界E (X)は次式となる。
電トナー層12aがあり、空隙gをはさんで、磁気ブラ
シ上に厚さdtのトナー層12があると仮定する。空隙
電界E (X)は次式となる。
効な潜像強度)からトナーとキャリア間の静電引力に対
応する電位差を差し引いた値である。また、括弧で括ら
れた項は、トナーが感光体に付着したことにより、生じ
た電圧、すなわちトナー電圧■、である。トナー電圧が
飽和トナー電圧■いに達すれば、空隙電界は零になり現
像は止む。分母の各項は各々、付着トナーNL2a、空
隙g、感光体13、現像剤15上のトナー層12の実効
的な距離である。この内、空隙gは1−以下と考えられ
るため、他と比較して省略できる。また、現像剤15に
付着しているトナー層12は、現像後に感光体13に付
着してXに組み込まれて計算されることになると考え、
dLも省略可能とする。
応する電位差を差し引いた値である。また、括弧で括ら
れた項は、トナーが感光体に付着したことにより、生じ
た電圧、すなわちトナー電圧■、である。トナー電圧が
飽和トナー電圧■いに達すれば、空隙電界は零になり現
像は止む。分母の各項は各々、付着トナーNL2a、空
隙g、感光体13、現像剤15上のトナー層12の実効
的な距離である。この内、空隙gは1−以下と考えられ
るため、他と比較して省略できる。また、現像剤15に
付着しているトナー層12は、現像後に感光体13に付
着してXに組み込まれて計算されることになると考え、
dLも省略可能とする。
式(5)に式(4)を代入し、θ=0の時X=0を初期
値としてXについて解くと次式となる。
値としてXについて解くと次式となる。
ε rt e −ε rL・・
・・・・ (5) ここで、分子の■いは、理論的な飽和トナー電圧であり
、現像バイアスと感光体間の電位差(有トナー密度をδ
、トナー層の充填率をPとすると、付着トナーIMはδ
pXとなる。さらに、体積電荷密度ρをトナー比電荷T
pを用いて表すと、付着トナー量Mは次式となる。
・・・・ (5) ここで、分子の■いは、理論的な飽和トナー電圧であり
、現像バイアスと感光体間の電位差(有トナー密度をδ
、トナー層の充填率をPとすると、付着トナーIMはδ
pXとなる。さらに、体積電荷密度ρをトナー比電荷T
pを用いて表すと、付着トナー量Mは次式となる。
但し、トナー電圧■、は次式となる。
Vt=Vts(1−e−”) ・−・−−−−−・−
C8)弐(7)は、トナー電圧が与えられた時の付着ト
ナー量Mを示し、式(8)は、トナー電圧V1が現像過
程においてどのように決まるかを示す式第4図は、トナ
ー比電荷のことなる3種類の現像剤を用い、トナー付着
量とトナー供給能θとの関係を実験的に求めたものであ
る。実線は、比例定数r = 0.5とした場合の理論
値であり、導電性キャリアの適用例である。これに対し
て、破線はγ=0.3とした場合の理論値であり、キャ
リアの表面に1声程度の樹脂をコーティングした場合の
適用例である。また、Ol・、Δ、×2ロ印は実験デー
タを示している。トナー供給能θが増加するにつれ、ま
た、トナー比電荷が小さくなる程、付着トナー量が増加
することが分かる。また、導電性キャリアとコーティン
グキャリアとを比較すると、導電性キャリアの方がトナ
ー付着量が多くなっている。このように、実験値と理論
値との良い一致が理論式(7)および式(8)の妥当性
を示している。なお、比例定数Tについて、さらに調査
した所、キャリアの表面状態により、0.1〜0.7程
度まで変化することが明らかになった。
C8)弐(7)は、トナー電圧が与えられた時の付着ト
ナー量Mを示し、式(8)は、トナー電圧V1が現像過
程においてどのように決まるかを示す式第4図は、トナ
ー比電荷のことなる3種類の現像剤を用い、トナー付着
量とトナー供給能θとの関係を実験的に求めたものであ
る。実線は、比例定数r = 0.5とした場合の理論
値であり、導電性キャリアの適用例である。これに対し
て、破線はγ=0.3とした場合の理論値であり、キャ
リアの表面に1声程度の樹脂をコーティングした場合の
適用例である。また、Ol・、Δ、×2ロ印は実験デー
タを示している。トナー供給能θが増加するにつれ、ま
た、トナー比電荷が小さくなる程、付着トナー量が増加
することが分かる。また、導電性キャリアとコーティン
グキャリアとを比較すると、導電性キャリアの方がトナ
ー付着量が多くなっている。このように、実験値と理論
値との良い一致が理論式(7)および式(8)の妥当性
を示している。なお、比例定数Tについて、さらに調査
した所、キャリアの表面状態により、0.1〜0.7程
度まで変化することが明らかになった。
以上の検討から、逆に必要なトナー付着量Mを与えると
、現像に必要なトナーの帯電量であるトナー比電荷が次
式のように求まる。
、現像に必要なトナーの帯電量であるトナー比電荷が次
式のように求まる。
(2)かぶり濃度からの条件
かぶり濃度の点については、従来全く検討されていなか
った。そこで、以下に筆者らが理論的に検討した結果に
ついて詳細に説明する。
った。そこで、以下に筆者らが理論的に検討した結果に
ついて詳細に説明する。
第5図および第6図に示すように、帯電トナー12が感
光体13表面に付着した状態で、トナーを回収するため
の逆電場が感光体13と現像器14間に印加されている
と仮定すると、次式が成り立つ。
光体13表面に付着した状態で、トナーを回収するため
の逆電場が感光体13と現像器14間に印加されている
と仮定すると、次式が成り立つ。
F、>F、 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・旧・・(13)式(13)に式(1
2)および式(11)を代入すると、かぶりが発生する
逆バイアス電圧(v、−L)とトナー比電荷T、との関
係が次式のように求まる。
・・・・・・・・・旧・・(13)式(13)に式(1
2)および式(11)を代入すると、かぶりが発生する
逆バイアス電圧(v、−L)とトナー比電荷T、との関
係が次式のように求まる。
・・・・・・ (10)
これより、感光体表面に働く電場E0は次式となる。
ε r乞 ε 、
式(11)より、帯電トナーに働く静電的力F、は次式
となる。
となる。
Fa=qt ・Eo ・・・・・・・・・・旧・・・
・・・・・・旧・・(12)但し、q、はトナーの帯電
電荷量 今ここで、帯電トナーに働く静電力F0が、感光体とト
ナーとの機械的力F、より小さくなると、かぶりが発生
する。この条件は、次式となる。
・・・・・・旧・・(12)但し、q、はトナーの帯電
電荷量 今ここで、帯電トナーに働く静電力F0が、感光体とト
ナーとの機械的力F、より小さくなると、かぶりが発生
する。この条件は、次式となる。
式(14)は、かぶり発生の逆バイアス電圧はあるトナ
ー比電荷で最小値を取ることをしめしている。さらに、
式(14)よりかぶりが発生するトナーの比電荷T、を
求めると次式となる。
ー比電荷で最小値を取ることをしめしている。さらに、
式(14)よりかぶりが発生するトナーの比電荷T、を
求めると次式となる。
・・・・・・・・・・・・ (15)
第7図は、実験的に求めたかぶりの発生のない領域をO
印で示し、かぶりが発生したM域をX印で示している。
印で示し、かぶりが発生したM域をX印で示している。
さらに理論式(15)より求めたがぶりの発生のない領
域を斜線で示している。計算に用いたトナーの半径rt
、トナー密度δ、トナーの比誘電率ε0、感光体の厚さ
dい、感光体の比誘電率εrtはそれぞれ、rt−5声
、δ=1110kg/rrr 、εrt=2.2 、
d、、=50tIm、 em =6とした。また、機械
的な付着力F、 = 4.2 ×10−’Nと仮定した
。第7図より理論式(15)の妥当性が明らかになった
。
域を斜線で示している。計算に用いたトナーの半径rt
、トナー密度δ、トナーの比誘電率ε0、感光体の厚さ
dい、感光体の比誘電率εrtはそれぞれ、rt−5声
、δ=1110kg/rrr 、εrt=2.2 、
d、、=50tIm、 em =6とした。また、機械
的な付着力F、 = 4.2 ×10−’Nと仮定した
。第7図より理論式(15)の妥当性が明らかになった
。
(3)静電転写からの条件
トナー像の転写条件についても、既に文献(電子写真学
会績:”電子写真技術の基礎と応用°゛、第3.5節「
トナー像転写理論」、電子写真学会績、コロナ社、pp
、171−191 (昭和63年6月))に詳細に検討
されている。ここでは、本発明に必要な部分について以
下に説明を加える。
会績:”電子写真技術の基礎と応用°゛、第3.5節「
トナー像転写理論」、電子写真学会績、コロナ社、pp
、171−191 (昭和63年6月))に詳細に検討
されている。ここでは、本発明に必要な部分について以
下に説明を加える。
第8図に示すように、感光体ドラム1上のトナー層12
に密着するように記録紙5を搬送させ、トナー像と記録
紙5とが密着した状態で、記録紙裏面から帯電トナーと
逆極性の電荷を与えると、記録紙5と感光体13とが静
電的に吸着する。この状態で記録紙5に与えられた電荷
により帯電トナー12が記録紙5に引きつけられ、トナ
ー像の転写が行われる。静電転写において、電荷量qを
持ったトナーに働く静電力F、がトナーと感光体表面の
機械的な付着力F1より大きくなると、トナーが記録紙
に転写される。第9図に静電転写のモデルを用いて、転
写機構を理論的に説明する。
に密着するように記録紙5を搬送させ、トナー像と記録
紙5とが密着した状態で、記録紙裏面から帯電トナーと
逆極性の電荷を与えると、記録紙5と感光体13とが静
電的に吸着する。この状態で記録紙5に与えられた電荷
により帯電トナー12が記録紙5に引きつけられ、トナ
ー像の転写が行われる。静電転写において、電荷量qを
持ったトナーに働く静電力F、がトナーと感光体表面の
機械的な付着力F1より大きくなると、トナーが記録紙
に転写される。第9図に静電転写のモデルを用いて、転
写機構を理論的に説明する。
厚さd、の感光体13上に体積電荷密度ρの帯電トナー
層d5があり、その上に厚さdpの記録紙5を設ける。
層d5があり、その上に厚さdpの記録紙5を設ける。
このトナー層12と記録紙5との空隙をgとする。さら
に記録紙上には、帯電トナーと逆極性の電荷σ。を与え
る。この状態において、感光体表面からXの所にある帯
電トナーに働く記録紙方向の力F、(X)は次式となる
。
に記録紙上には、帯電トナーと逆極性の電荷σ。を与え
る。この状態において、感光体表面からXの所にある帯
電トナーに働く記録紙方向の力F、(X)は次式となる
。
σゎ−ρ(at X)
Fa(X)−q
但し、εo:真空の誘電率
εrt、t:トナー層の比誘電率
トナー層の体積電荷密度ρはトナー比電荷T2を用いる
と、次式で表される。
と、次式で表される。
ρ=δPTp ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・ (17)但し、
δ:トナーの密度 p:トナー層の充填率 弐(17)を弐(18)に代入すると、トナー比電荷に
対する帯電トナーの静電力F、(X)が次式のように2
次式として求まる。
・・・・・・・・・・・・・・・・・ (17)但し、
δ:トナーの密度 p:トナー層の充填率 弐(17)を弐(18)に代入すると、トナー比電荷に
対する帯電トナーの静電力F、(X)が次式のように2
次式として求まる。
ε0 ε rt
・・・・・・ (18)
感光体表面から距離Xの所に働く静電力F、(X)が機
械的な付着力Faと釣り合い、この点でトナー層が分割
され、(dv x)の厚さのトナー層のみが記録紙
に転写されるとすると、このときの転写効率ηは次式で
あられされる。
械的な付着力Faと釣り合い、この点でトナー層が分割
され、(dv x)の厚さのトナー層のみが記録紙
に転写されるとすると、このときの転写効率ηは次式で
あられされる。
dL−X
εOεrL
但し、T 、、 = −Fa
σc。
トナー比電荷T9と転写効率ηとの関係の実験結果を第
10図に示す。ここでは、転写前にコロナ帯電器で再帯
電し、トナーの比電荷を変化させた。黒丸印は再帯電前
は正帯電のトナーであることを示し、白丸印は負帯電ト
ナーを示している。
10図に示す。ここでは、転写前にコロナ帯電器で再帯
電し、トナーの比電荷を変化させた。黒丸印は再帯電前
は正帯電のトナーであることを示し、白丸印は負帯電ト
ナーを示している。
図からも明らかなようにトナーの比電荷は、転写に最適
な比電荷が存在することを示している。実験に用いたト
ナーの物性値であるトナー密度δ、トナー層の充填率p
、トナー層の厚さdLおよびトナー1個の質量mは、そ
れぞれ6 =1110kg/ rrf 。
な比電荷が存在することを示している。実験に用いたト
ナーの物性値であるトナー密度δ、トナー層の充填率p
、トナー層の厚さdLおよびトナー1個の質量mは、そ
れぞれ6 =1110kg/ rrf 。
P =0.6 、 dt =20側、 m=5.8 ×
10−” kg、また、この時のトナーと感光体間の機
械的な付着力Faおよび転写電荷量σ。をそれぞれ、F
a =4、2 xto−’N、 ty。= −320μ
C/n((最適転写電荷量=σco)とし、これらの値
を第10図に実線で示しである。このように理論と実験
値が良く一致し、理論の妥当性が示された。
10−” kg、また、この時のトナーと感光体間の機
械的な付着力Faおよび転写電荷量σ。をそれぞれ、F
a =4、2 xto−’N、 ty。= −320μ
C/n((最適転写電荷量=σco)とし、これらの値
を第10図に実線で示しである。このように理論と実験
値が良く一致し、理論の妥当性が示された。
なお、転写電荷量σ。。について調査した所、実用的な
転写効率70%以上が得られる転写電荷量σ、。は、第
11図に示すように100〜500μC/rrfである
ことが明らかになった。
転写効率70%以上が得られる転写電荷量σ、。は、第
11図に示すように100〜500μC/rrfである
ことが明らかになった。
(4)総合的なトナーの比電荷条件
以上の理論的・実験的な検討を基に、良好な印字を得る
ために必要なトナー比電荷の条件式は以下のようになる
。
ために必要なトナー比電荷の条件式は以下のようになる
。
(a)転写条件
(b)現像濃度条件
ε −
(c)かぶり濃度条件
・・・・・・・・・ (20)
第12図に本発明を適用した第1の実施例のレーザプリ
ンタの構成を示す。
ンタの構成を示す。
直径80ffffnのSe系感光体ドラム1をドラム周
速度12011111/Sで定速で回転させる。この感
光体ドラム1をコロナ帯電器2で均一に+700■に一
様に帯電し、次に半導体レーザ光により画像パターンに
従って露光3を行う。すると、光の当たった所のみ表面
電位が約100■まで低下し、静電的な潜像が形成され
る。その後、磁気ブラシ現像器4にバイアス電圧450
■を印加し、静電潜像を目に見える像とした。転写部6
では、コロナワイヤに流れる電流値が200μAになる
ように設定し、最適な転写電荷量を与えた。これにより
、トナー像を記録紙5に転写した。この時の転写効率は
、約85%が得られた。このトナー像を定着器7の40
mmのヒートローラで溶かし、記録紙5に固定した。一
方、感光体ドラム1上に残ったトナーは、クリーナ8の
直径20世のファーブラシにより感光体ドラム上から除
去した。
速度12011111/Sで定速で回転させる。この感
光体ドラム1をコロナ帯電器2で均一に+700■に一
様に帯電し、次に半導体レーザ光により画像パターンに
従って露光3を行う。すると、光の当たった所のみ表面
電位が約100■まで低下し、静電的な潜像が形成され
る。その後、磁気ブラシ現像器4にバイアス電圧450
■を印加し、静電潜像を目に見える像とした。転写部6
では、コロナワイヤに流れる電流値が200μAになる
ように設定し、最適な転写電荷量を与えた。これにより
、トナー像を記録紙5に転写した。この時の転写効率は
、約85%が得られた。このトナー像を定着器7の40
mmのヒートローラで溶かし、記録紙5に固定した。一
方、感光体ドラム1上に残ったトナーは、クリーナ8の
直径20世のファーブラシにより感光体ドラム上から除
去した。
ここで、現像部においては、平均粒径120踊のマグネ
タイトキャリアと平均粒径12庫の樹脂トナーとを、ト
ナーの重量混合比が4,5%になるようにして混合した
。この時トナーの比電荷については、理論式(20)を
使用して、表1のようにそれぞれ、■現像濃度条件、■
かぶり条件、■転写条件を実施例に合わせて求め、総合
的な実用範囲を先ず求め、次にトナーの比電荷が高温高
湿度下で低下しても、なおかつ総合的な実用範囲である
下限値10μC/gにはいるように、常温湿度下でのト
ナー比電荷を上限値に近い17μC/gに設定した。こ
の設定値にトナー比電荷を調整するため、キャリアにつ
いては、マグネタイトコアーの表面にコートする樹脂膜
の厚さおよび表面処理温度を制御し、トナーについては
、帯電制御剤の添加量の制御により、必要なトナー比電
荷17μC/gを達成した。
タイトキャリアと平均粒径12庫の樹脂トナーとを、ト
ナーの重量混合比が4,5%になるようにして混合した
。この時トナーの比電荷については、理論式(20)を
使用して、表1のようにそれぞれ、■現像濃度条件、■
かぶり条件、■転写条件を実施例に合わせて求め、総合
的な実用範囲を先ず求め、次にトナーの比電荷が高温高
湿度下で低下しても、なおかつ総合的な実用範囲である
下限値10μC/gにはいるように、常温湿度下でのト
ナー比電荷を上限値に近い17μC/gに設定した。こ
の設定値にトナー比電荷を調整するため、キャリアにつ
いては、マグネタイトコアーの表面にコートする樹脂膜
の厚さおよび表面処理温度を制御し、トナーについては
、帯電制御剤の添加量の制御により、必要なトナー比電
荷17μC/gを達成した。
表1.第1の実施例におけるトナー比電荷の実用範囲
このようにして決定されたトナー比電荷を持った現像剤
を使用することにより、低温低湿度(10’C,20%
R旧、から高温高湿度(32°C285%R)I)の環
境条件においても充分濃い印字濃度が得られ、しかも背
景部の汚れのない高品質の印字が得られた。
を使用することにより、低温低湿度(10’C,20%
R旧、から高温高湿度(32°C285%R)I)の環
境条件においても充分濃い印字濃度が得られ、しかも背
景部の汚れのない高品質の印字が得られた。
また、第2の実施例では、記録速度6 cm / sで
有機感光体を使用した電子写真プロセスに本発明を適用
した。第1の実施例と大きく異なる点は、感光体の帯電
極性が負極性である点、さらに感光体の静電容量が第1
の実施例の1μF/rrrの3倍である3μF/mとな
った点である。この時の実用的なトナー比電荷の範囲は
、式(20)より7〜18μC/gと求まった。実験的
にかぶりの発生限界を求めた所、理論式(20)により
得られた7μC/gと一致した。
有機感光体を使用した電子写真プロセスに本発明を適用
した。第1の実施例と大きく異なる点は、感光体の帯電
極性が負極性である点、さらに感光体の静電容量が第1
の実施例の1μF/rrrの3倍である3μF/mとな
った点である。この時の実用的なトナー比電荷の範囲は
、式(20)より7〜18μC/gと求まった。実験的
にかぶりの発生限界を求めた所、理論式(20)により
得られた7μC/gと一致した。
さらに第3の実施例では、記録速度24 cm/ sで
アモルファスシリコン感光体を使用した電子写真プロセ
スに本発明を適用した。第1の実施例とことなる点は、
感光体の静電容量が第1の実施例の5倍である5μF/
nfとなった点である。この時の実用的なトナー比電荷
の範囲は、理論式(20)より5〜18μC/gと求ま
る。実験的にかぶりの発生限界値を求めた所、理論式(
20)により得られた5μC/gと一致した。
アモルファスシリコン感光体を使用した電子写真プロセ
スに本発明を適用した。第1の実施例とことなる点は、
感光体の静電容量が第1の実施例の5倍である5μF/
nfとなった点である。この時の実用的なトナー比電荷
の範囲は、理論式(20)より5〜18μC/gと求ま
る。実験的にかぶりの発生限界値を求めた所、理論式(
20)により得られた5μC/gと一致した。
以上述べてきたように、本発明によれば、各種の電子写
真プロセスにおいても、良好な印字品位を得るために必
要な、トナー比電荷の実用的な範囲を一義的に求めるこ
とができる。このため、電子写真プロセスの開発工数の
大幅な削減が期待できる。
真プロセスにおいても、良好な印字品位を得るために必
要な、トナー比電荷の実用的な範囲を一義的に求めるこ
とができる。このため、電子写真プロセスの開発工数の
大幅な削減が期待できる。
第1図は二成分磁気ブラシ現像の反転現像モデルを示す
図、 第2図は現像時の様子を示す図、 第3図は磁気ブラシ現像モデルを示す図、第4図はトナ
ー付着量とトナー供給能との関係に及ぼすトナー比電荷
の影響を示す図、第5図はかぶり現像モデルを示す図、 第6図は現像電位モデルを示す図、 第7図はかぶり濃度が発生しないためのトナー比電荷と
逆バイアス電圧の関係を示す図、第8図は基本転写モデ
ルを示す図、 第9図は静電転写モデルを示す図、 第10図はトナー比電荷と転写効率の関係を示す図、 第11図は転写電荷量と転写効率の関係を示す図、 第12図は本発明の第1の実施例のレーザプリンタの構
成を示す図、 第13図は電子写真記録方式を用いた従来のプリンタの
構成を示す図、 第14図は従来の磁気ブラシ現像器の構成を示す図、 第15図は磁気ブラシ現像器での現像領域の様子を示す
図である。 図において、 1は感光ドラム、 2は帯電器、 3は露光、 4は現像器、 5は記録紙、 6は転写器、 7は定着器、 8はクリーナ、 9は磁気ローラ、 10は金属スリーブ、 11はキャリア、 12はトナー 13は感光体、 14は現像ローラ、 15は現像剤 を示す。
図、 第2図は現像時の様子を示す図、 第3図は磁気ブラシ現像モデルを示す図、第4図はトナ
ー付着量とトナー供給能との関係に及ぼすトナー比電荷
の影響を示す図、第5図はかぶり現像モデルを示す図、 第6図は現像電位モデルを示す図、 第7図はかぶり濃度が発生しないためのトナー比電荷と
逆バイアス電圧の関係を示す図、第8図は基本転写モデ
ルを示す図、 第9図は静電転写モデルを示す図、 第10図はトナー比電荷と転写効率の関係を示す図、 第11図は転写電荷量と転写効率の関係を示す図、 第12図は本発明の第1の実施例のレーザプリンタの構
成を示す図、 第13図は電子写真記録方式を用いた従来のプリンタの
構成を示す図、 第14図は従来の磁気ブラシ現像器の構成を示す図、 第15図は磁気ブラシ現像器での現像領域の様子を示す
図である。 図において、 1は感光ドラム、 2は帯電器、 3は露光、 4は現像器、 5は記録紙、 6は転写器、 7は定着器、 8はクリーナ、 9は磁気ローラ、 10は金属スリーブ、 11はキャリア、 12はトナー 13は感光体、 14は現像ローラ、 15は現像剤 を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、トナーとキャリアを用いる二成分磁気ブラシ現像法
において、ε_oを真空の誘電率(8.854×10^
−^1^2F/m)、ε_r_tをトナー層の比誘電率
、δをトナーの比重、Pをトナー層の充填率、V_t_
sを飽和トナー電圧(実効潜像強度:V_b−V_o;
V_bは現像バイアス電圧、V_oは潜像電位)、γを
比例定数(=0.5)、Mをトナー付着量、d_mを感
光体の厚さ、ε_mを感光体の比誘電率、V_sを一様
帯電電位、γ_tをトナーの半径、F_aをトナーと感
光体間の機械的な付着力(4.2×10^−^8N)、
d_tを現像後のトナー層の厚さ、mをトナー1個の平
均的な質量、σ_c_oを最適転写電荷量(320μC
/m^2)としたとき、 (a)転写条件 T_p>−(σ_c_o/2δpd_t)−√[(σ_
c_o/2δpd_t)^2−(ε_oε_r_t/δ
pd_t)(Fa/m)]T_p<−(σ_c_o/2
δpd_t)+√[(σ_c_o/2δpd_t)^2
−(ε_oε_r_t/δpd_t)(Fa/m)](
b)現像濃度条件 T_p<2ε_oε_r_tδpV_t_s(1−e^
−^r^θ)/[M^2+2δp(ε_r_td_m/
ε_m)](c)かぶり濃度条件 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ の各式を全べて満たすようにトナー比電荷T_pを決定
することを特徴とする二成分磁気ブラシ現像法。 2、請求項1記載のトナー比電荷を持つことを特徴とす
る二成分磁気ブラシ現像用現像剤。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6200989A JPH02242267A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 二成分磁気ブラシ現像法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6200989A JPH02242267A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 二成分磁気ブラシ現像法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02242267A true JPH02242267A (ja) | 1990-09-26 |
Family
ID=13187727
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6200989A Pending JPH02242267A (ja) | 1989-03-16 | 1989-03-16 | 二成分磁気ブラシ現像法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02242267A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5963765A (en) * | 1996-12-26 | 1999-10-05 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Method and device for developing an electrostatic latent image based on toner amount and image formation system using the developing device |
-
1989
- 1989-03-16 JP JP6200989A patent/JPH02242267A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5963765A (en) * | 1996-12-26 | 1999-10-05 | Fuji Xerox Co., Ltd. | Method and device for developing an electrostatic latent image based on toner amount and image formation system using the developing device |
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