高画質を達成する MTHG 現像方式
MTHG Developing System to Achieve High Image Quality

伊 藤昇＊

Ito, Noboru

井 口 善 之＊服 部 好 弘＊＊

高 井 隆 幸＊＊＊

Iguchi, Yoshiyuki

Hattori, Yoshihiro

Takai, Takayuki

要旨

たキャリアの逆電荷が現像トナーを掻きとって不完全な磁気ブラシ２成分現像の欠点を補い、高画質を達成する新規２成分MTHG現像方式を開発した。本方式は、磁気画像にしてしまう現象である。この現象が高画質化に対して障害となっていた。

ブラシを非接触ないし軽接触にすることにより、スキャ我々は、これらの課題を解決すべく、MTHG現像方式

ベンジングによる画像欠損を無くすることを特徴とす１）を開発した。本方式は、（Micro Toning High Grade）

る。本方式において、カウンター現像を採用することに画像欠損を引き起こすスキャベンジングの抑止を、安定よりハーフトーン中のリードオフを抑制し、カラーへのした現像剤薄層形成により非接触ないし軽接触現像を実展開を図った。また、小径・低磁化キャリアの適用と規現することで達成した。

制条件最適化により、現像剤への負荷を小さくし、長期に亘る高画質画像の安定化を達成した。

また２成分現像においてはトナー成分がキャリアに移行して帯電不良を引き起こすスペントと呼ばれる現象がもう一つの大きな課題であった。特にカラートナーは後Abstract

処理剤を多く処方することから、現像剤寿命がモノクロ

For the purpose of achieving high image quality by com-機に比べて短い。現像剤のスペントは、低磁化キャリア

pensating weakness of two-component magnetic brushの採用とそれに合致する条件最適化とで器内での負荷をdevelopment, we have developed a novel two-component

従来の半分に抑えることで対応し、長寿命化を達成した。

MTHG developing system. This system is characterized

本報では、まずMTHG現像方式の基本となる薄層AC現in that magnetic brush is formed to be in a non-contact

像条件と搬送技術について、次にカラー化のための現像

state or a light contact state such that image defects caused

条件改善と低ストレス化のための規制条件について報告

by the so called scavenging phenomena can be eliminated.

する。

In this system, by employing a counter development, leadoff phenomena on halftone images can be refrained. As aresult, it makes possible to apply this system to color printing devices. Further, by employing small diameter and low
magnetization carrier and by optimizing the regulating conditions of the developer, load or stress on the developer
can be minimized. Whereby, we have achieved to improvestability of image reproduction over long periods.
Fig.1 Mechanism of scavenging

１ はじめに２成分磁気ブラシ現像方式は、その現像安定性や帯電２ 実験方法

安定性と高速機までの展開が可能なことから、電子写真機器に広く適用されている。
しかしながらこれまで一般に用いられてきた方式では、Fig.１に示すスキャベンジングによる画像欠損が問題となっている。スキャベンジングとは、一旦現像を終え＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部第２開発センター 機器第 23 開発部＊＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部第１開発センター 機器第 12 開発部＊＊＊コニカミノルタビジネステクノロジーズ㈱機器開発本部第３開発センター 機器第 32 開発部

Fig.2 Schematic diagram of MTHG developing systemKONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）59

本システムの簡単なスキームをFig.２に示す。現像剤はエアーギャップが0.03aを越えると、急激にトナー飛散

非接触ないし軽接触状態で、DCおよびACバイアスを重畳が増加する。現像ギャップを0.35a以下とするならば、磁し、ジャンピングにより現像する。なお実験は、改造実気ブラシ高さ（Lb）は0.32aとしなければならない。この機（CF900）を中心に行った。現像特性の指標とした現像値を設定するためには、磁気ブラシ高さを決める搬送量

トナー電位は、表面電位計により、現像後の表面電位を安定化が課題となる。

直接測定した。現像トナー量は、現像後感光体上の単位面積当りのトナーをエアー吸引して、重量を測定することにより求めた。現像剤搬送量は、現像ローラ上の単位面積の現像剤をエアーで吸引し、重量を測定することにより求めた。耐久実験は、実機（CF900）を改造して実写で確認した。

３ 現像システムの基本課題
本システムは冒頭で述べたように、磁気ブラシが接触しないことで画像欠損を防止することが目的の一つであFig.4 Dependence of air gap on volume of scattered toner

るが、非接触にすることによる課題として次のような項
３．２目が予想される２）。
１）現像領域の空隙が広くなるので、トナークラウドが機内に飛散して機内汚れを引き起こす。
２）高電位のACバイアスが必要なため微小放電を引き起こす。この放電が白斑点ノイズとなる。
３）後述のように小径・低磁化キャリアを適用するためにキャリア付着が生じやすい３）。

リークノイズリークノイズとは、高電位ACバイアスにより現像ニップにおいて微小放電が発生し、ベタ画像に白斑点が発生する現象である。この微小放電は、磁気ブラシの状態が大きく影響すると考えられる。即ち、なるべく細い磁気ブラシが低く均一に並ぶと、キャリア先端への電荷集中が小さく微小放電が起こりにくいが、太い磁気ブラシで本章ではこれらの基本課題への取り組みについて述べる。

は電荷集中が大きく、微小放電が起こりやすいと考えられる。そこで、磁気ブラシ１本当りの大きさとリークノイズの関係を求めた。Fig.５にその結果を示す。ACバイ

３．１

トナー飛散

アス振幅（以後Vppと略称）が1.8kVまでであれば断面のトナー飛散は、エアーギャップが存在することで顕著径が60µm以下では微小放電は起こらない。となる。Fig.３に示すようなエアーギャップがあると、浮遊するトナークラウドが、感光体の移動によってそのまま現像ニップ外へ飛散する。従って、このエアーギャップの適切な設定が重要となる。

Fig.3 Schematic diagram of developing nip at
MTHG developing system
La: Air Gap, Lb: Length of Magnetic Brush

Fig.5 Dependence of magnetic brush diameter on leak noise

３．３

キャリア付着キャリア付着は、キャリアの電荷と感光体上電荷とのそこでエアーギャップ（La）とトナー飛散の関係を求クーロン力に依存するので、キャリア先端と感光体の距めた。ここで現像ギャップは0.2aから0.45a間で、磁気ブ離が大きく影響する。この距離は、現像剤搬送量に依存

ラシ高さは0.30aから0.32aの間で実験を行っている。トする。そこで搬送量とキャリア付着との関係を調べた。

ナー飛散量は1000枚の耐刷により飛散するトナーを捕集

Fig. ６は、現像剤搬送量とキャリア付着発生限界電位の関して測定した。Fig.４はその結果である。

係を示す。限界電位が大きいほどキャリア付着は起こり

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KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

にくいことを示す。現像剤搬送量が10m/㎝2より少なくな材料を用いた場合、規制部材にも磁界が発生するため、ると急激にキャリア付着が改善される。

規制領域での磁力分布は非常に複雑である。そこで、有限要素法を用いて、磁力計算を行い、磁気ブラシが切れる点を求めた。

Fig.6 Dependence of conveyed developer mass on carrier
adhesion on photoconductor

３．４

現像ニップにおける磁気ブラシの条件

Fig.7 Mechanism of developer regulation

これらの結果より、現像ニップにおいて前述の課題を解決する磁気ブラシ条件は以下のようになる。
磁気ブラシの高さ：0.32a

Fig.８は、計算に供した規制極における法線方向の磁束密度分布である。２種類の極（シャープ極、ブロード極）（現像ギャップを0.35aとして、トナー飛散がに於いて、磁気ブラシが切れる位置が規制板のまわりに増える変曲点の磁気ブラシ高さから算出）

どのように分布するかを、Fig.９およびFig.10に示す。

磁気ブラシ断面：60µm以下

この図の中では磁気ブラシが切れる点（搬送力＝阻止（リークしない磁気ブラシ径より算出）
キャリア付着限界電位：150Ｖ
現像剤搬送量：5m/㎝2（磁気ブラシ径と磁気ブラシ高さから算出）

４

磁気ブラシ最適条件達成手段

上述のように、磁気ブラシの状態や搬送量が課題解決

Fig.8 Shape of magnetic pole (left: conventional type,right: new type)のキーワードであることが判明した。この磁気ブラシの状態や搬送量は、キャリア磁気特性と現像剤層規制方法力）を□で示しており、この位置が一番現像ローラ表面が関与する。に近い点を規制高さとした。
この計算を規制部材が法線方向に、及び磁極が周方向４．１キャリア磁気特性に移動した場合について行った。Fig.９およびFig.10は、均一で細く低い磁気ブラシを形成するためには、磁気的凝集が小さい方がよい。一方、磁化が小さいとキャリそれぞれ磁束密度分布がシャープな場合とブロードな場合の 法線方向の計算結果である。

ア付着が発生する。以下の特性を持つキャリアの採用により上述の課題を解決した。
キャリア粒径：30µm
キャリア磁化：5×10−5 Wb･m/o
これにより先の磁気ブラシ条件を満たす。
４．２

搬送量制御

上述の現像剤薄層を安定して形勢するためには、規制技術がポイントとなる。そこで、現像剤規制について以下のモデルを基に、検討を行った。規制によって磁気ブラシが切れる部分は、Fig.７に示すように磁気ブラシを送り込もうとする搬送力と、引き戻そうとする阻止力とがバランスするところであると考えられる。規制板に磁性

Fig.9 Regulation point in sharp pole

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とが分かる。
以上の検討により、１ドット再現性や細線再現性が向上し、モノクロMFP：DiALTA350およびその後継機に本技術を搭載した。

５ 更なる高品質に向けて次に、本方式のカラーへの展開を検討した。カラー機
においては、以下のような課題解決が必要である４）。
１）ハーフトーン部中のソリッド周辺が白く抜ける（リードオフ、Fig.13）。
２）現像剤の耐久性（常に初期画像を維持する）。
Fig.10 Regulation point in broad poleF i g . ９のようなシャープな磁束密度分布の極より、Fig.10ブロードな磁束密度分布の極の方が規制位置の変化が少なく、規制ギャップも大きく取れること分かった。
シミュレーションで結果が出たので、実際に実機にて実験を行った。
Fig.13 Image of lead off

５．１

画質向上

フォロー方式（Fig14, right）では、現像ローラと感光体が対向する部分で同一方向へ移動し、画像濃度確保のため現像ローラの周速が感光体の周速よりも早く設定されている。この方式では、高濃度ソリッド画像の前方に位置するハーフトーン画像のトナーが引き戻され、境界領域のハーフトーン画像の濃度が低下する。境界領域での潜像電界が回りこむことが原因であるから、別法とし
Fig.11 Influence of regulation gap varying toconveyed developer massてキャリア抵抗を下げれば回りこみ電界が少なくなり対応可能である。しかしながらキャリア抵抗を低くすると、電荷注入によるキャリア現像を引き起こす。

Fig.14 Follow and counter developing system

そこで従来のフォロー方式ではなくカウンター方式（Fig14, left）を検討した。本方式では画像の離れ際
Fig.12 Influence of pole position varying to developermass conveyed（Isolating point from developing nip）に、まだ現像をFig.11は規制ギャップ変化と搬送量変動の依存性、き戻しが起こりにくいと考えられる。接触現像でのカウFig.12は搬送量の規制位置変化依存性である。ブロード極ンター現像５）は以前より提案されているが、現像領域での方がいずれの変動に対しても搬送量が安定しているこの攪乱作用により画像乱れやキャリア付着が発生した。

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行っていない現像剤が送り込まれるため上述のような引KONICA MINOLTA TECHNOLOGY REPORT VOL.2（2005）

Fig.15は両方式の現像特性（現像電位に対する現像ト評価は目視である。非常に目立つから全く目立たないナー電位依存）である。点線は完全現像の場合のラインまでの間を５段階にランク分けし、☆：０〜0.5、☆☆：である。ここで完全現像とは、現像電位と現像トナー電0.5〜1.0、☆☆☆：１〜1.5とした。リードオフの他にも、位とが同じになることと定義する。カウンター方式でベタ部のキメ、ハーフトーンの後端部のカスレ・ボケ、は、ほぼ完全現像に近い特性を示す。Fig.16は、現像した先端エッジ効果・ボケ、ハーフトーン部のキメ、濃度ムトナー量を縦軸に取ったものである。現像条件は、現像ラが改善される事が確認された。

ギャップ：0.3a、現像ローラ/感光体周速度比：２、ACバイアスVpp1：6kVである。また、カウンター現像はフォロー現像のように途中で曲がることなく、高い現像性を示す。

５．２

耐久性

カラーではトナーの外添剤の量が多いためキャリアへの外添剤の移行が顕著であり、現像剤寿命が短い。この対策として、キャリア側からは、磁力の低減・表面の低表面エネルギー化などのアプローチがあるが、プロセス側からは現像器の低負荷化がある。Fig.17は各サブシステムの現像剤への負荷を示す。上段は現像剤１ｇあたりの負荷比率を、下段は現像器全体における各サブシステムの負荷比率を示す。現像サブシステムの中で、規制部が最も負荷が大きいことが分かる。そこで、規制部について検討を行った。

Fig.15 Comparison of developing property between follow
and counter developing system (developing tonerpotential)

Fig.17 Ratio of strength of stress to developer in eachsubsystem of developming system

Fig.18に、規制ギャップ一定のもと、規制極磁束密度の異なる現像ローラでのストレスおよび現像剤搬送量を測定した結果を示す。ストレスは、磁束密度との相関が大き
Fig.16 Comparison of developing property between follow
and counter developing system (developing toner mass)

このような高い現像性を確立することでリードオフはなくなる６）。同時に他の画像も向上した。それをTable １

く、磁束密度が低ければストレスは小さく、磁束密度が高ければストレスは大きくなる。一方、磁束密度が低いと現像剤搬送量は多く、磁束密度が高いと現像剤搬送量は少なくなる。に示す。
Table 1 Image quality on counter developing system

Fig. 18 Dependence of magnetic force on stress todeveloper and conveying mass of developer

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63非接触２成分現像に必要な低搬送量を得るには規制極

ラーへの展開は、MTHG方式カウンター現像で達成し磁束密度を高くしなければならず、劣化を抑える為の低スた。同時に、長期に亘って画質を維持するためには、低トレス化、即ち、低磁束密度とは相反する。我々は、規制

磁力極規制でも搬送量を安定させるため、プレ規制方式

部磁束密度は従来の1/2程度とし、かつ低搬送量を達成すが有効であることを検証した。このようにしてカラー高るための規制方法を検討した。

画質の要求に対応できる技術を確立した。

Fig.19に従来（左図）と新規の規制方法（右図）の概略

本現像方式は、モノクロMFP、DiALTA350およびそのを示す。新規の規制法は、規制部材の上流側に磁性のプ後継機、タンデムフルカラー、DiALTA Color CF3102おレ規制部材を設け、規制ニップ幅を広げる事で、規制力よびその後継機に搭載されている。今回は中速機においを増し、低搬送量を達成している。て技術確立を行ったが、今後高速化が課題と考える。
●参考文献
１）伊藤昇．ミノルタMTHG現像方式（採用機種：DiALTAシリーズ Di250, Di350）. 1999 年度事務機器関連技術調査報告書．日本
事務機工業会編、2000：73− 75２）清水保, 伊藤昇．非接触２成分現像による高画質化．JapanHardcopy '99 Fall Meeting 予稿集 , 日本画像学会編，1999：18−21３）古谷信正、済川健、安東滋仁、江連平和、勅使川原亨．

２成分非接触現像における高画質化の検討．
Japan Hardcopy '95
予稿集 , 日本画像学会編，1995：21 − 24４）清水保,

高井隆幸、服部好弘、井口善之、伊藤昇．非接触２成分現像による高画質化 2. Japan Hardcopy '03 予稿集 ,Fig.19 Shape of regulation plate (left: conventional type,right: new type)日本画像学会編 , 2003：49− 52５）M. Anzai et Y. Saito. An Improved Toner Flow Model for Dual
Component Magnetic Brush Development. J. Imaging Sci. Tech.,40, 1996:354− 358６）服部好弘．４色カラー現像のプロセス設計と安定化技術．電子

写真学会誌，36，1997：324 − 335

Fig.20 Comparison of conveying mass stability between
conventional type and new type regulations

規制方法の差による、現像剤搬送量の変動幅の比較を
Fig.20に示す。図中、N1は、搬送量が多くなる条件、N2
は搬送量が少なくなる条件を、トナー濃度、キャリア磁化、規制溜まり部の現像剤量、磁極位置の設計誤差内で変化させて調合した。プレ規制を設けることで、様々な誤差に対して安定した搬送量を得られる事が分かった。

６ まとめ
２成分現像方式において高画質を図る方策として、現像剤を非接触ないし軽接触で現像するMTHG現像方式が有効であり、その技術確立のためには、１）規制極の磁束密度分布形状、２）低磁化小径キャリアの適用、が必要であることを、モノクロ現像システムにて検証した。カ

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