JPH041909B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、静電潜像現像方法、詳しくは、内部
に磁石を有する現像スリーブを備えた磁気刷子現
像装置を用いると共に、磁性キヤリアとトナーと
の混合物からなる２成分系磁性現像剤によつて、
静電潜像担体の表面に担持される静電潜像を現像
する形態の静電潜像現像方法に関するものであ
る。

従来技術 前記の如く静電潜像現像方法において用いられ
る磁気刷子現像装置は、それ自体極めてコンパク
トに設計され得るという利点を有するため、現
在、電子写真複写機等の機器内における現像に広
く実用化されている。

一方近年、電子写真複写機における複写速度の
高速化が要求される様になり、それに伴い、静電
潜像の高速現像、即ち、高速（例えば400mm／sec
といつた速度）で移動する静電潜像担体の表面に
担持される静電潜像を短時間内で効率良く現像す
ることも併せて要求される様になつて来た。

ところで、前記現像方法に関して、この様な要
求に応えるためには、換言するならば、現像効率
をupさせるためには、現像の際に用いられる磁
気刷子現像装置内の現像スリーブの数を増加させ
ることが必要であり、その結果、この様な要求に
応えるためには、現像装置自体が大型化せざるを
得ないという問題がある。このため、前記現像方
法に関しては、現像効率をupさせるために前記
の如き利点が犠牲とされてしまう訳であり、この
様な犠牲を避けるために、現像効率のupに関す
る別の有効な対策を講じることが望まれているの
が現状である。

発明の目的 本発明の目的は、現像の際に用いられる現像装
置を実質的に大型化することなく、現像効率の
upされた静電潜像現像方法を提供することにあ
る。

発明の要旨 本発明の要旨は、本発明に係る静電潜像現像方
法において、現像領域における現像剤に対して
AC現像バイアスが印加されること、及び、その
現像剤の充填率が略0.05〜0.15の範囲内の値とさ
れることの２点にある。そして、この両者の相互
作用に伴い、現像効率のupが有効に計られるの
である。

なお、前記現像方法においては、現像剤の充填
率が略0.05〜0.15の範囲内の値とされることによ
つて現像剤中のトナーの移動が容易に行われ得る
様になり、また、AC現像バイアスが印加される
ことによつて前記トナーの静電潜像担体表面に向
かう移動が促進されることになる。そして、その
結果として、前記現像効率のupが有効に計られ
る。

実施例 第１図は本発明者による現像実験の際に用いら
れた磁気刷子現像装置MDを示し、この現像装置
MDは本発明に係る静電潜像現像方法を実施する
のに使用され得る。なお、前記現像装置MDは粉
像転写型電子写真複写機中に組み込まれているも
のであり、前記複写機において、電子写真感光体
ドラム１は矢印ａ方向に400mm／secの周速で回転
駆動される。ここで、感光体ドラム１の表面には
画像部の最高電位（＋）400V、非画像部の電位
略（＋）30Vの静電潜像が形成され、その表面に
担持される前記の如き静電潜像が現像装置MDに
よつて現像される様になつている。

前記現像装置MDは、回転可能に設けられた非
磁性ステンレス材からなる現像スリーブ２と、そ
の内部に静止状態に固定された磁気ローラ３とを
有しており、磁気ローラ３の周囲に取付けられて
いる４個の磁石片３ａの磁力は、現像スリーブ２
の周面において1000Gaussの磁界が形成される様
に設定されている。なお、現像時において、現像
スリーブ２は矢印ｂ方向に150rpmの回転駆動さ
れ、現像スリーブ２の周面上で２成分系磁性現像
剤Deを同方向へと搬送する。また、現像スリー
ブ２の外径は31mmであり、感光体ドラム１との間
に現像領域を形成すべく、d₂＝0.8mmの現像ギヤ
ツプを保つて対向設置されている。

前記現像装置MDにおいて、現像剤Deは現像
槽４内に収容され、矢印ｃ方向に回転駆動される
現像剤攪拌羽根５によつて混合攪拌されるのであ
るが、現像時には、矢印ｄ方向に回転駆動される
バケツトローラ６の周面に取付けられている複数
のバケツト６ａによつて現像スリーブ２の周面上
に供給される様になつている。なお、前記現像装
置MDには図示されぬトナー補給装置が付設され
ており、前記現像槽４内に収容されている現像剤
Deのトナー濃度が常時一定の値に維持されるべ
く、前記現像剤Deに対しては適時トナーが補給
される。現像スリーブ２の周面上に供給された現
像剤Deは、その周面上に磁気吸着されると共に、
穂高規制板７によつて搬送量の規制を受けつつ矢
印ｂ方向へと搬送され、感光体ドラム１と現像ス
リーブ２とが近接対向されている現像領域におい
て現像に使用されることとなる。ここで、規制板
７の先端は、磁石片３ａの磁極に対向して設けら
れており、現像スリーブ２の周面に対してd₁の穂
高規制ギヤツプを保つている。そして、規制板７
はd₁の値を変化させるべく、移動調整可能とされ
ている。なお、現像に使用された現像剤Deは更
に矢印ｃ方向へと搬送され、現像槽４の下方へと
戻され、再度現像に使用されるべく、攪拌羽根５
によつて混合攪拌される。

ところで、前記現像スリーブ２に対しては、
DC現像バイアス電源２１、及びAC現像バイアス
電源２２が接続されており、現像時において現像
スリーブ２に対して、静電潜像の極性と同極性の
DC現像バイアスが、また、1200Hzの高周波AC現
像バイアスが重畳して印加される様になつてい
る。これらの電源２１，２２の電圧値は任意に変
更可能である。

本発明に係る静電潜像現像方法は、前記の如き
現像装置、即ち、内部に磁石を有する現像スリー
ブを備えた磁気刷子現像装置を用いると共に、磁
性キヤリアとトナーとの混合物からなる２成分系
磁性現像剤によつて、静電潜像担体の表面に担持
される静電潜像を現像する静電潜像現像方法であ
つて、現像領域における現像剤に対してAC現像
バイアスが印加されること、及び、その現像剤の
充填率が略0.05〜0.15の範囲内の値とされること
を特徴とするものである。そして、このことによ
り現像効率のupが、現像装置自体の大型化を実
質的に強いることなく、有効に計られる。

ここで、前記現像剤の充填率とは、次式、 α＝ρs／ρ_p …… 但し、 α：充填率 ρ_p：現像剤の真比重 ρ_s：現像領域中央における現像剤の見掛比重 で表わされる値である。なお、現像領域中央にお
ける現像剤の見掛比重ρsとは、感光体ドラム１の
表面と現像スリーブ２の周面とによつて包囲され
る現像領域中央の空間体積と、その空間内に実存
する現像剤Deの重量とから導き出されるもので
ある。また、現像剤Deの真比重ρpとは、適正な
トナー濃度、具体的に前記現像装置MDに関して
説明すると、トナー補給装置の作用により一定に
維持されるべき現像剤Deのトナー濃度の値に合
致したトナー濃度の現像剤Deの真比重（現像剤
Deが現像領域中央の空間に隙間なく存在する時
の比重）を意味するものである。

ここで、現像剤の充填率の技術的意味につい
て、さらに詳しく説明する。現像剤の充填率と
は、現像領域中央部の空間に占める現像剤の割合
を示す数値である。この空間において、現像剤は
種々の状態で存在し得る。例えば、現像領域に供
給される現像剤が多い場合や、現像スリーブ２と
の感光体ドラム１との間隔が狭く現像領域中央部
の空間が小さい場合には、この空間に占める現像
剤の割合が高くなる。最も高くなる時は、現像領
域中央部の空間に隙間なく現像剤が存在する状態
で、この時、式においてρ_p＝ρ_sとなり現像剤の
充填率α＝１となる。一方、現像領域に供給され
る現像剤が少ない場合や、現像スリーブ２と感光
体ドラム１との間隔が広く現像領域中央部の空間
が大きい場合には、この空間に占める現像剤の割
合が低くなる。最も低くなる時は、現像領域中央
部の空間に現像剤が全く存在しない状態であり、
この時、充填率α＝０となる。

即ち、現像剤の充填率αは０〜１の範囲の値と
なり、現像領域中央部の空間に存在する現像剤の
割合は、αが大きいほど多くなり、小さいほど少
なくなることになる。

現像剤の充填率αが大き過ぎると、ACバイア
スによつてキヤリアから離れたトナーは現像に寄
与する前に付近の現像剤に衝突して再び捕獲され
てしまい、現像効率は低下する。一方、充填率α
が小さ過ぎると、現像に寄与し得るトナーそのも
のが少なくなるため十分な画像濃度が得られな
い。従つて、現像効率を向上せしめるためには、
現像剤の充填率αを適当な値にする必要がある。

以下、本発明者によつて行われた数多くの現像
実験のうち、代表的なものを実験例として示し、
本発明に係る静電潜像現像方法の具体的実施態様
を明らかにする。

〔実験例 １〕 第１図に示される現像装置MDにおける穂高規
制ギヤツプをd₁＝0.25mmに、またDC現像バイア
ス電源２１、AC現像バイアス電源２２の電圧値
を各々150V、500V（peak−to−peak）に設定す
ると共に、現像剤Deとして、平均粒径40μm、抵
抗値10¹⁴Ωcm以上の高抵抗磁性キヤリアと、平均
粒径13μmの絶縁性トナーとの混合物からなるト
ナー濃度8.0ωt％の現像剤を用い、前記現像装置
MDによつて感光体ドラム１の表面に担持される
静電潜像を現像したところ、良好な画質の現像画
像が得られた。

なおここで、前記現像画像の濃度を知るため
に、現像装置MDが組み込まれている複写機によ
つて得られる複写画像の濃度と静電潜像の電位と
の関係について調べたところ、その結果は、第３
図のグラフ中の実線Ａで示される通りであつた。
第３図に示されるグラフ中、縦軸は複写画像の濃
度を、一方、横軸はその複写画像に対応する静電
潜像の電位を各々示すものである。この結果から
も明らかな様に、前記現像に際しては、感光体ド
ラム１の表面が400mm／secという高速で移動され
るにも拘わらず、その表面に担持される静電潜像
が効率良く、換言するならば、高濃度のトナー像
として現像されていることが判る。このことは、
後記の比較実施例１の結果を示す一点鎖線Ｂと比
較すれば、より一層明らかである。

ところで、前記現像に関して本発明者が解析し
たところによると、前記現像の際における現像剤
Deの挙動の様子は第２図に模式的に示される通
りのものと考えられる。即ち、第２図中Ａで示さ
れる、現像領域の入口側において、現像スリーブ
２の周面上に形成された現像剤Deの磁気刷子が
（＋）極性の静電潜像を担持する感光体ドラム１
の表面に対して徐々に接近される。この際、現像
剤De中のトナーToが（−）極性の電荷を有して
いるため、現像スリーブ２と感光体ドラム１との
間に形成される電界に基づき、磁気刷子先端近傍
のトナーToがキヤリアCaから分離されて高電位
の静電潜像を担持する感光体１の表面へと付着さ
れる。なお、前記現像の際、現像ギヤツプがd₂＝
0.8mmであるのに対して穂高規制ギヤツプがd₁＝
0.25mmと十分に小さな値に設定されている関係
上、現像領域において磁気刷子の穂は感光体ドラ
ム１の表面に対して非接触状態に保たれる。この
ため、前記の如きトナーToの感光体ドラム１の
表面への付着は、磁気刷子の先端からトナーTo
が感光体ドラム１の表面へ向つて飛翔される結果
として生ずるものである。

引き続き、第２図中Ｂで示される、現像領域中
央において、磁気刷子は感光体ドラム１の表面に
対して最接近される。この状態で、前記の如く磁
気刷子の穂が感光体ドラム１の表面に対して非接
触状態に保たれること、及び磁気刷子の穂が直立
状態に起立されること等の理由により、各磁気刷
子の穂は互いに離れ合つている。このため、現像
剤De中のトナーToの矢印ｅ方向への移動（飛
翔）は容易に行われ易く、また、現像スリーブ２
に対してAC現像バイアスが印加されていること
により、現像スリーブ２と感光体ドラム１との間
に形成されるAC電界の作用によつて前記移動
（飛翔）は促進されることとなる。従つて、この
現像領域中央においては、静電潜像の電位に応じ
て形成される電界に基づき、現像剤De中のトナ
ーToが感光体ドラム１の表面へと効率良く付着
し、その結果、静電潜像が効率良く現像されるこ
とになる。特に、ここでは現像領域に存在する現
像剤De全体が静電潜像の現像に有効に利用され、
磁気刷子の穂の根元近傍に位置する現像剤De中
のトナーToも感光ドラム１の表面に向つて確実
に移動（飛翔）されるからである。

なお、第２図中Ｃで示される、現像領域の出口
側において、前記磁気刷子は感光体ドラム１の表
面から徐々に遠避かり、前記の如きトナーToの
移動（飛翔）が生じ難くなり、静電潜像の現像が
ここで完了される。

また、第１図に示される現像装置MDにおい
て、穂高規制ギヤツプをd₁＝0.1〜0.6mmの範囲で
変更（現像ギヤツプはd₂＝0.8mmで固定）するこ
とにより本発明者が確認したところによると、
“d₁／d₂”の値、即ちギヤツプ比と、現像領域に
おける現像剤の充填率との間には第４図に示され
る関係があり、前記現像に際してはd₁＝0.25mm、
d₂＝0.8mmに設定されていることから、その際の
現像領域における現像剤の充填率は略0.10である
ことが判つている。併せて、d₁＝0.1〜0.6mmの範
囲内、即ち、ギヤツプ比が0.125〜0.75の範囲内
では、現像領域において、現像スリーブの周面上
に形成される現像剤の磁気刷子の穂が感光体ドラ
ム１の表面に対して非接触状態に保たれることも
判つている。なお、第４図に示されるグラフ中、
縦軸は前記充填率を、一方、横軸はギヤツプ比を
各々示すものであるが、このグラフに示される関
係は、磁石片３ａによつて穂高規制板７の先端縁
近傍に形成される磁界の状態等に応じて変動する
ものである。

〔比較実験例 １〕 第１図に示される現像装置MDにおける穂高規
制ギヤツプをd₁＝0.8mmに、またDC現像バイアス
電源２１、AC現像バイアス電源２２の電圧値を
各々100V、0Vに設定する以外は実験例１と同様
な条件で静電潜像の現像を行つたところ、先端部
及び後端部（感光体ドラムの移動方向を基準とし
た端部）にカスレを有する、しかも低濃度の現像
画像しか得られなかつた。

得られた現像画像の濃度を知るために、実験例
１の場合と同様にして複写画像の濃度と静電潜像
の電位との関係について調べたところ、その結果
は、第３図のグラフ中の一点鎖線Ｂで示される通
りであつた。即ち、前記複写画像の最高濃度は
高々0.95にすぎず、静電潜像の現像の効率が不十
分であることが判つた。なお、前記現像に際し、
現像領域において、現像スリーブ２の周面上に形
成される現像剤Deの磁気刷子の穂によつて感光
体ドラム１の表面は摺擦される状態にあつた。

〔比較実験例 ２〕 比較実験例１におけるDC現像バイアス電源２
１、AC現像バイアス電源２２の電圧値を実験例
１と同様に、150V、500V（peak−to−peak）に
設定し直し、他は比較実験例１と同様な条件で静
電潜像の現像を行つたところ、若干の画像濃度の
上昇は見られたものの、前記比較実験例１の場合
と同様な現像画像しか得られなかつた。

〔実験例 ２〕 穂高規制ギヤツプd₁の値を0.1〜0.5mmの範囲内
で変化させることによりギヤツプ比を変えつつ、
即ち、結果的には現像領域における現像剤の充填
率を変えつつ、実験例１と同様な条件で静電潜像
の現像を行つたところ、良好な画質の現像画像が
得られた。但し、得られた現像画像の濃度は前記
充填率に依存して大きく変動していた。

得られた現像画像の濃度を知るために、現像装
置MDが組み込まれている複写機によつて得られ
る複写画像の最高濃度と前記充填率との関係につ
いて調べたところ、その結果は、第５図に示され
る通りであつた。第５図に示されるグラフ中、縦
軸は複写画像の最高濃度を、一方、横軸は充填率
を示すものである。第５図から明らかな様に、現
像画像の画質が良好であるにも拘わらず、充填率
が0.05以下、あるいは0.15以上の場合には、複写
画像の最高濃度は1.2以下となり、静電潜像の現
像の効率が必ずしも十分ではなく、現像効率の点
からすれば前記充填率は略0.05〜0.15の範囲内の
値とされることが望ましいことが判る。因に、第
４図に示されるグラフより明らかな様に、充填率
が0.05〜0.15となる場合のギヤツプ比は0.16（d₁＝
0.13mm）、0.5（d₁＝0.4mm）であつた。

〔実験例 ３〕 AC現像バイアス２２の電圧値を250〜700V
（peak−to−peak）の範囲内で変化させつつ、実
験例１と同様な条件で静電潜像の現像を行つたと
ころ、良好な画質の現像画像が得られた。得られ
た画像の濃度は、いずれの場合においても十分な
ものであつたが、その濃度は前記電圧値に対して
略比例的に変動していた。

この実験例、及び前記実験例１から明らかな様
に、AC現像バイアス２２の電圧値、現像剤Deの
充填率のいずれか一方、あるいは両者を調整する
ことにより現像効率を任意に変化させることもで
き、これらの調整によつて現像画像濃度を変化さ
せることができることも判る。

〔実験例 ４〕 感光体ドラム１の移動速度を150mm／secとした
場合において、実験例１と同様な条件で静電潜像
の現像を行つたところ、良好な画質の、しかも高
濃度の現像画像が得られた。そしてこの場合、静
電潜像の電位が低く、その最高電位が250V程度
であつても高濃度な、例えば複写画像の最高濃度
で見て1.2以上の濃度の現像画像が得られること
も判つた。

〔実験例 ５〕 現像剤Deとして、平均粒径20μm、抵抗値10¹³
Ωcm以上の高抵抗磁性キヤリアと、平均粒径
12μmの絶縁性トナーとの混合物からなる、トナ
ー濃度10.0ωt％の現像剤を用いて実験例１〜４と
同様な条件で静電潜像の現像を行つたところ、前
述の各結果と略同一の結果が確認された。

発明の効果 本発明に係る静電潜像現像方法においては、静
電潜像の現像の際、現像領域における現像剤に対
してAC現像バイアスが印加され、また、その現
像剤の充填率が略0.05〜0.15の範囲内の値とされ
るため、両者の相互作用に伴い静電潜像が効率良
く現像されることとなる。このため、現像の際に
用いられる現像装置自体の大型化を強いることな
く、静電潜像を高速現像することが可能である。

なお、前記現像方法においては、現像効率の
upが有効に計られている関係上、前記現像方法
は、静電潜像の高速現像に限らず、全体的に低電
位の静電潜像をも良好に現像することができる。
また、AC現像バイアスの電圧値、現像剤の充填
率のいずれか一方、あるいは両者を調整すること
により現像効率を任意に変化させることもでき、
このため、これらの調整によつて現像画像濃度を
変化させることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る静電潜像現像方法を実施
するのに用いられる磁気刷子現像装置の一例を示
す図面、第２図は前記磁気刷子現像装置の現像領
域近傍を拡大して現像の様子を模式的に示す図
面、第３〜５図は本発明者によつて行われた実験
の結果を示す図面である。 MD……磁気刷子現像装置、De……２成分系
磁性現像剤、Ca……磁性キヤリア、To……トナ
ー、d₁……穂高規制ギヤツプ、d₂……現像ギヤツ
プ、１……電子写真感光体ドラム、２……現像ス
リーブ、３……磁気ローラ、７……穂高規制板、
２２……AC現像バイアス電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に磁石を有する現像スリーブを備えた磁
   気刷子現像装置を用いると共に、磁性キヤリアと
   トナーとの混合物からなる２成分系磁性現像剤に
   よつて、静電潜像担体の表面に担持される静電潜
   像を現像する静電潜像現像方法であつて、現像領
   域における現像剤に対してAC現像バイアスが印
   加されること、及び、その現像剤の、下記数式に
   示す充填率が0.05〜0.15の範囲内の値とされるこ
   とを特徴とする静電潜像現像方法。 α＝ρ_s／ρ_p 但し、α：充填率 ρ_p：現像剤の真比重 ρ_s：現像領域中央における現像剤の見掛け
   比重 ２ 前記磁気刷子現像装置において、磁石が静止
   状態に保たれる一方、現像スリーブが一定方向に
   回転駆動されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の静電潜像現像方法。 ３ 現像領域において、現像スリーブの周面上に
   形成される現像剤の磁気刷子の穂が静電潜像担体
   の表面に対して非接触状態に保たれることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の静
   電潜像現像方法。