第Ⅳ章 注目技術

多段磁気ブラシ現像における均一性の向上因子
服部 好弘，板垣 整子，峯岸 なつ子，齋藤 裕行
コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 PP 製品開発センター

１．はじめには次式で表される．

オフセット印刷領域に迫るデジタル印刷機としてのQ

高速カラー電子写真装置においては，高画質および高速対応性に勝る二成分磁気ブラシ現像法が多く用いら  0V0
d p / k p  d t / k t  d c / k c(1)

ここで，dp/kp，dt/kt，dc/kc はそれぞれ，感光体層，トれているが，プロセス速度が上がるにつれて，磁気ブナー層，カウンターチャージ層の距離を比誘電率で割ラシが感光体を摺擦する仕事量が増大することで，ハイライト画像部での均一性の低下が指摘されている 1)．
この傾向は，乾式電子写真方式の高画質化の限界としったものであり，静電的等価厚さ（実効距離）に相当する量，V0 は現像電位差，θ は現像スリーブと感光体面の速度比を表す．AC 電界を重畳した現像法では，隣接て，商業印刷への進路を狭める一因と認識されつつあするトナーが連鎖的に置き換わることで，カウンターる．

チャージとしては長い移動距離が得られるため，カウ

一方，高速機においては，高速現像性の確保のためンターチャージは現像剤層全体に分散され，その一部に，多段磁気ブラシ現像法の採用の動きもあり 2)，速度はスリーブ電極へ到達し消失する（消失率 α）とみるこ

限界を克服すると同時に，画質限界の克服が期待できとができる 4）．このとき，る．多段磁気ブラシ現像法は，各段の現像条件と，そ1の組み合わせにおいて，多様なシステムが考えられる

d c / k c が，その全てを検討して最適システムを選定するには

ds/ks は現像剤層全体の静電的等価厚さを示す．

膨大な開発期間を要する．

1 段目の現像が終了して 2 段目に現像剤が受け渡され(2)d s / ks

我々は，①多くのパラメーターが自在に設定可能な，るとき，現像剤層中にトラップされていたカウンター簡易な構成による高速多段現像テスターを試作し，そチャージは，磁力によるブラシ穂の倒立を繰り返すこのシステムを絞り込むと共に，②二成分現像法の現像とで完全に消失し，2 段目においては，1 段目に現像さモデルとして知られる静電場平衡機構を多段現像法にれたトナー層を加味して，1 段目と同様のモデルで現像適用し，数値計算による性能予測を可能にすることで，量が決定される．以上を式で表すと，1 段目，2 段目は③選定された方式による現像装置を試作し，品質工学それぞれ，を用いて最適パラメーターを選定し，その効果を確認Q1 したので報告する．

(3)

1

２．多段現像モデル

Q2 

多段磁気ブラシ現像法において現像トナー量が決定  0V0  (d t1  d t 2 ) / k t  d p / k p Q1
12d p / k p  ( d t1  d t 2 ) / k t d s2 / ks(4)2される機構として，栗田 3) による静電場平衡機構から添え数字 1,2 は 1 段目，2 段目のパラメーターを示す．

展開した．感光体上にトナーが現像されるにつれ，現像剤層中にカウンターチャージが発生して現像を抑制  0V01  1
d p / k p  d t1 / k t d s1 / k sFig. 1, Fig. 2 に上式をそれぞれ図式化して示す．

することにより，現像トナー層表面の電場が０になっ

現像トナー電荷量 Q は現像トナー重量 Mｔと，トナーたときに現像が終了したとすると，現像トナー電荷量 Qの比電荷 q/m の積であり，現像トナー層厚さ dt は Mｔを- 1 -第Ⅳ章 注目技術３．実験装置

比重 ρt と充填率 σt で割ったものであるので，(3)式，(4)多段現像の検討において，初期に用いた実験装置を式は Mｔの 2 次式として順に解くことができる．

Fig. 3 に示す．直線走行するスライダー上のステージに
1  1
M t1  k t  t  t  d p / k p d s1 / 2 k s  1

感光体に見立てたメタルミー®（Al 蒸着面を持つ PET
1フィルム）をセットし，水帯電法を用いて潜像形成し22
2k    V 1  1
 k t  t t ( d p / k p d s1 / 2 k s )   t t t 0 0 q/m
1
 


た後，任意の速度で現像ステーションの下を走行させ．
．
．
．
．
．(5)て現像を行う．2 台の現像ステーションは，それぞれ任
12M t 2   M t1  k t  t  t ( d p / k p d s 2 / 2k s  d p / k p )  2

意に回転方向，現像剤搬送量（現像ローラー上にセッ2 12 M t 1  k t  t  t ( d p / k p d s 2 / 2k s  d p / k p )   2 V
200
 M t 1  2k t  t  t ( d p / k p  M t 1 )
q/m


トした現像剤量で管理），現像ギャップなどの現像条件

12を設定することができる．本機は主に，現像ローラーの回転方向の組み合わせを選定する目的で，各組み合
わせでの直行実験の最適条件を求め，現像性および，画質の比較を行った．システム速度は 300mm/s から

．
．
．
．
．
．(6)

750mm/s までの範囲で検討した．

式(5)が 1 段目の現像トナー量，式(6)が 2 段目の現像トナー量を表す。2 段現像としてのトータルの現像トナ

波形発生装置ー量は式(5)と式(6)を足したものになる。
v PC

可動
ステージ

Photoconductor
感光体

kp
dp

Developedtoner
現像トナー

Amp.

DR1

Vdc1
Vac1
θ1vpc

DR2

Vdc2
Vac2
θ2vpc

メタルミー®

vpc
kt
Qd t1 , 1

現像剤層Countercharged(含カウンター
develpoer

V0チャージ)

潜像形成部

v PC ･ θ 1

ks
1-α 1
d s1 , θ 1 Q 1

現像スリーブ(電極)
Extinct
counter charge toスリーブへ到達し消失
thesleeve
したカウンターチャージ

第2現像部

第1現像部

Fig. 3 ２段現像での磁気ブラシ回転方向の組み合わせを検Sleeve (electrode)討するための実験装置の構成図．
V0Fig. 1 第 1 段目現像における静電場平衡機構の説明図および等価回路．トナーとカウンターチャージの移動が進むにつれ選定された回転方向と現像条件をベースに現像装置て，トナー層と現像剤層の界面の電場が弱まり，０になった時を試作し，詳細な現像条件の検討を行った．Fig. 4 に試点で現像が終了する.

作した現像装置の断面図を示す．

Photoconductor
感光体

感光体

v PC

Developed
toner
DR1で現像されby DR1たトナー
Developed
toner
DR2で現像されby DR2たトナー

kp
dpkt ,
Q1
d t1

現像剤層
Countercharged(含カウンターdevelpoerkt,
d t2 Q 2チャージ)v PC ･ θ 2

攪拌スクリュー

中継マグネットローラー

V0DR1ks
1-α 2Qd s2 , θ 2 2

現像スリーブ
Sleeve(electrode)DR2(電極)Extinct
counter charge to
スリーブへ到達し消失
thesleeve
したカウンターチャージ

V0規制ブレードFig. 2 第 2 段目現像における静電場平衡機構の説明図および等価回路．1 段目で現像剤層中に滞留したカウンターチャー
ジが消失したことで，さらに現像が進行する．

Fig. 4 実機に搭載できる２段磁気ブラシ現像実験器の断面図（WW 回転選定時の構成）
．

- 2 -

第Ⅳ章 注目技術

後述の選定結果により，1 段目，2 段目とも順方向回転を選択した．また，画質については，下流側の現（WW）で設計された．現像ローラー径は φ25mm，シ像条件が支配的であり，上流の現像時に発生した不均ステム速度は 750mm/s とした．
試作した現像装置では，一性や，エッジプロファイルの歪曲は，概ね下流側でスライド式実験機で得られた最適条件を中心に，品質修復されることがわかった．

工学を用いたパラメータ設計を行い，画質のチューニ

４.２ パラメーター実験

ングに必要な制御因子を L9 直行表に割付け，重要な誤選定された WW 現像におけるパラメーター実験を行

差因子 5 つを２水準系の L8 直行表に割付けて，L9×N8った．画質的には下流側の現像条件が支配的であるたの 72 実験を行った．

め，下流現像ギャップ ds2 と現像剤搬送量，θ2 を固定し，上流と下流で回転速度差を持たせることで，より特性４．実験結果の安定性を得ることを意図して実験を組んだ．Table 1

４.１ 回転方向の決定
Fig. 5 に第 1 の実験装置で得られた画像の 1 例を示す．に制御因子の直行表，Table 2 に誤差因子の直行表を示す．

水帯電法で形成した，均一な中間調電位での現像の均一性を比較した．図中のアルファベット 2 文字は 1 段目，2 段目の現像ローラーの回転方向を示し，W が感光体の進行方向と同方向，C が逆方向を示す．図より，下流の現像ローラの回転方向で，磁気ブラシ摺擦痕の大制御因子では θ1 の変更において，下流側の搬送量が一定値となるよう，θ1/θ2 比に合わせて上流搬送量と，上流の現像ギャップ ds1 を調整した．現像バイアスは上下とも共通とした．誤差因子において現像ギャップ公差は，上下とも同じ向きに変化させた．

小が決定されることが判る．

実験結果を示す．Fig. 6 は SN 比，Fig.7 は感度の要因効果図，Fig. 8 は誤差に対する感度の要因効果図である．
上流の θ を小さくすることで，誤差に対する安定性が高まるが，トータルの現像性としては低くなることが示され，最適条件として，θ1: 1.0, θ2: 1.2 を選択した．
Table 1 L9 直行表に割り付けた制御因子とその水準

CCWC

FactorDescriptionABCDDR1 θ (θ1)
Vp-p [kVpp]
Frequency [kHz]
DR2 Angle [°]10.80.3
9-5Levels
21.00.41103
1.20.5135

Table 2 L8 直行表に割り付けた誤差因子とその水準

CWWW

NoiseDescription

abcdefg

Environment
Duration
Tc [wt%]Ds tolerance [mm]Db tolerance [mm]
dammy
dammy

Fig. 5 回転方向の組み合わせの違いによる出力画像の比較(CC: 逆方向-逆方向, WC: 順方向-逆方向, CW: 逆方向-順方向,
WW: 順方向-順方向). 中間調の均一性は，最終ローラーの回転方向の影響を強く受ける.

中間調の均一性以外に，先後端エッジのかすれやエッジ強調，細線の再現性などを評価し，総合的に WW- 3 -Levels
12HHLLNewOld
6.09.0-0.03+0.03-0.05+0.05-

第Ⅳ章 注目技術の感度の大小関係については概ね実験と合致させることができた．また,Fig. 10 において,環境，耐久，Tc（ト-34-35ナー混合比）については，流動性や非静電的付着力のSN ratio [db]-36

因子を考慮することなく，およそ帯電量の変化に応じ-37-38た感度変化だけで実験に近い傾向が説明できていると-39-40考えられる．下流現像主極の感光体中心方向からの角-41-420.8

11.20.3DR1θ

0.40.59Vpp[kVpp]

1113-5Freq.[kHz]05DR2 Angle[゜]

偏差 DR2 Angle は画質やキャリア付着の制御因子として抽出した因子であるが，実験結果によれば現像性にFig. 6 L9ｘN8 実験結果に基ずく現像性(SN 比)の要因効果
図.

も感度を持つことから，ブラシ穂の感光体に対する衝撃力もカウンターチャージ消失率に影響を与えている-36-36-37-37.5-380.8

11.20.3

DR1θ0.40.5

9Vpp[kVpp]

1113-5Freq.[kHz]05

Sensitivity [db]Sensitivity [db]ことが示唆される．
-36.5-36.5-37-37.5

DR2 Angle[゜]-38Fig. 70.8L9ｘN8 実験結果に基ずく現像性(感度)の要因効果

1

1.20.3DR1θ

図.

0.40.59Vpp[kVpp]

1113-5

Freq.[kHz]05

DR2 Angle[゜]Fig. 9 L9ｘN8 モデル計算結果に基ずく現像性(感度)の要因
効果図.

-35.5-35.5-37-36-37.5-38212-38

Environ.

Duration

DsDb

Dammy

2121+0.05mm

+30μm

9%
Tc

-0.05mmFig. 8 L9ｘN8 実験結果に基ずく現像性(感度)の誤差の寄与

-30μm

Dammy

6%

Dammy

Old-38.5
LL

Db

1+0.05mm+30μm
Ds-37-37.5

NewTc-0.05mm

9%

-30μm

6%

Old

Duration-36.5

HHEnviron.

NewLL

HH-38.5

Sensitivity[db]Sensitivity [db]-36-36.5

Dammy度.
Fig.10L9ｘN8 モデル計算結果に基ずく現像性(感度)の誤差の寄与度.

５．考察
実験結果を元に，各パラメーターが式(3)，式(4)で定パラメーター実験を元に，最適条件を選定し，画質義した，カウンターチャージのスリーブ電極への消失確認と現像性の見積もりを行った．Fig. 11 に水帯電に率 α1，α2 にどう寄与するのかを見積もった．現像ギャよる均一電位階調潜像の現像結果を示す．ブラシ摺擦ップ中の AC 電界が強いほど，消失率が１に収束するとスジやパッチ上下流での濃度プロファイルの歪みの少仮定し，次式を立て，実験と同じように L9×N8 の直行ない，均一性の高い画像が得られた．2 段現像における表に基づき計算を行った．

トータルの現像効率（消失率 100％としたときの計算現  1  exp(   V p  p / d s )(7)

像量との比率）は，実験値では 75％，計算値では 73％となり，カウンターチャージ消失率のモデルの妥当性

計算結果を Fig. 9，Fig. 10 に示す．進行方向へのカウンターチャージの消失率を意味する θ と AC 振幅 Vp-pが示唆された．計算による消失率は，1 段目で 31％，２段目で 36％であった．均一性を重視して θ を小さく- 4 -第Ⅳ章 注目技術
参考文献

したことによる現像性の低下を，スリーブ電極側へのカウンターチャージの消失で補うことにより，高速現1)像性と高画質を達成する条件設定ができたと考える．

青野博之, 北野賀久, 菊池理夫, “二成分現像におけるキャリア摺擦が画質に影響を及ぼすメカニズム”, Imaging Conference JAPAN 2012 論文集, pp.
185-188 (2012).

2)

杉山敏弘, 藤沼善隆, 中山政義, 北嶋良一, 佐藤敏哉, 岡本政巳, “高速デジタルカラープリンター
RICOH Pro C900”, 日本画像学会誌, 48, pp. 51-57(2009).

3)構”, 電子写真学会誌, 30 pp. 131-142 (1991).

Feeding direction
4)
Fig.11 L9 x N8 実験で決定された最適現像条件での出力画

電子写真学会誌, 37 pp. 16-24 (1998).に現像させることができた．

5)

６．まとめ

ロジーレポート, 9 pp. 47-52 (2012).

法の最適化に取り組んだ．
①簡易な構成による高速多段現像テスターを試作し，

6)

本画像学会誌, 43, pp. 128-133 (2004)

擦ノイズの少ない WW 回転を選定した．また，画質や7)

石田英樹, 近藤浩人, 渡木龍司, “タンデム方式カラープリンタ LS-C 8026N の開発”, 日本画像学会

した．

誌, 45, pp.173-179 (2006).

②二成分現像法の現像モデルとして知られる静電場●出典のスリーブ電極側への消失率αを導入し，1 段目，2 段強度に依存する傾向を確認した．

寺尾和男, 新井和彦, 吉野大典, “画像ノイズに対するトナー粒子径とレーザビーム径の効果”, 日

複数ある現像ローラー回転方向の組み合わせから，摺目の現像モデルを提示し，実験との比較でαが AC 電界

河合直利, 稲垣義弘, 長坂泰志, “小径ビーム走査光学系の画質への効果”, コニカミノルタテクノ

膨大な設計パラメーターをもつ多段磁気ブラシ現像

平衡機構を多段現像法に適用し，カウンターチャージ

服部好弘, 濱道優, 吉本真一, 小林徹矢, “2 成分カラー現像における現像効率と画質に関する考察”,

像.スクリーン処理のないアナログ低電位潜像であっても均一現像性が主に下流側の現像条件に依存することを確認

栗田隆治, “電子写真の現像特性と静電場平衡機

本 稿 は 日 本 画 像 学 会 “ Imaging Conference JAPAN2012”論文集の予稿を加筆修正して転載したものである．本稿の著作権は日本画像学会が有する．

③WW 回転方式による現像装置を試作し，品質工学を用いて最適パラメーターを選定し，750mm/s の速度下で，摺擦ノイズを抑制した上で高い現像効率を得た．
乾式電子写真方式の画質向上には，今回の現像条件からのアプローチのほかにも，レーザービーム径の小径化 5)，トナーの小粒径化 6)や，感光体の薄膜化や単層化 7)などの効果が個別に報告されている．それらを組み合わせることにより，乾式電子写真の画質の限界は，現状を大きく超えることが可能であると考える．今後のさらなる検討に期待したい．

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禁 無 断 転 載2012 年度「ビジネス機器関連技術調査報告書」“Ⅳ―４”部
発行2013 年 4 月
一般社団法人 ビジネス機械･情報システム産業協会（JBMIA）
技術委員会 技術調査小委員会〒105-0003 東京都港区西新橋三丁目 25 番 33 号 NP 御成門ビル
電話 03-5472-1101(代表) ／ FAX 03-5472-2511- 6 -