JP2543143B2

JP2543143B2 - 非磁性一成分現像装置

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Publication number: JP2543143B2
Application number: JP63166153A
Authority: JP
Inventors: 祐二高島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-07-04
Filing date: 1988-07-04
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: JPH0215288A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、電子写真記録装置あるいは静電記録装置な
どに利用される現像装置に関する。具体的には、電子写
真感光体あるいは静電記録体などの電荷保持体上に形成
された静電潜像を非磁性一成分現像剤で顕像化する非磁
性一成分現像装置に関する。

従来の技術従来、電荷保持体上に形成された静電潜像を粉体トナ
ーで顕像化する乾式の現像装置としては、現像剤にトナ
ーとキャリヤとからなる２成分現像剤を用いた２成分現
像装置が一般的であった。

しかし、２成分現像装置で安定した画像濃度を得るた
めには、トナーとキャリヤの混合比を常に一定に保持す
るトナー濃度コントロール装置が必要である。そのた
め、現像装置が大型化する問題点があった。また、経時
によってキャリヤが漸次劣化するため、定期的に新しい
キャリヤと交換しなければならず、メンテナンスが煩雑
になるという問題点があった。

そこで、上述した２成分現像装置の問題点を克服し
て、メンテナンスの易容化を目的とした一成分現像装置
がいろいろと提案されている。一成分現像装置には、磁
性トナーを用いる磁性一成分現像装置と非磁性トナーを
用いる非磁性一成分現像装置の２種類がある。しかし、
磁性トナーは磁性体が着色しているため、色再現性が重
視されるフルカラー記録には不適である。そこで、単色
記録のみならずフルカラー記録にも対応できる汎用度の
高い非磁性一成分現像装置に対する要望が強い。

ところで、従来からよく知られている非磁性一成分現
像装置として、例えば特開昭62−89,975号公報に開示さ
れているものがある。この装置は、薄層化された非磁性
一成分現像剤を担持した現像剤担持体と静電潜像を担持
した電荷保持体とを対向させ、現像剤担持と電荷保持体
との間に形成される潜像電界の作用によって前記現像剤
を飛しょうさせて、前記静電潜像を顕像化する電界飛翔
型の現像装置である。

一般に、この種の現像装置には、樹脂結着剤と色材を
主成分とする絶縁性トナー（以下、トナーという）にシ
リカ微粉末などの流動化剤を外添した非磁性一成分現像
剤が用いられていた。

発明が解決しようとする課題しかし、前述した従来の非磁性一成分現像装置を用い
てプリントを撮り続けると、しだいに画像濃度が低下す
るという問題点があった。

そこで、この原因を解析したところ、現像装置の運転
時間に比例してトナーの帯電電荷量が上昇し、遂には現
像に必要な適正電荷量を越えてしまうことが分かった。
すなわち、経時によるトナーの過帯電が画像濃度低下の
主原因であることが分かった。しかし、従来の技術で
は、トナーの過帯電を防止してトナーの帯電電荷量を一
定に保持させることが極めて困難であった。

本発明は、係る従来の問題点を克服し、経時によって
も高濃度のプリント画像が安定して得られる非磁性一成
分現像装置を提供することを目的とする。具体的には、
一定量の現像剤を現像領域に安定供給し、しかもトナー
の帯電電荷量を長時間に亙って安定に維持することがで
きる非磁性一成分現像装置を提供することにある。

課題を解決するための手段本発明は、非磁性一成分現像剤を現像領域内に担持搬
送する現像剤搬送手段と、前記現像剤搬送手段に前記現
像剤を付与する導電性弾性体から成る現像剤付与手段
と、前記搬送手段に担持された現像剤を薄層化する弾性
ブレードから成る現像剤層厚規制手段と、前記現像剤搬
送手段と前記現像剤付与手段とを電気的に短絡させる手
段とを有する非磁性一成分現像装置であって、前記現像
剤として絶縁性トナーに前記トナーより小径の導電性微
粉末を外添剤として添加したものを用いることによっ
て、目的を達したものである。

作用本発明においては、現像剤搬送手段と前記現像剤付与
手段とを電気的短絡させ、かつ現像剤が絶縁性トナーと
トナーより小径の導電性微粉末とを含み、トナーが導電
性微粉末で外添されているので、（１）現像剤を現像領
域に安定供給することができる、（２）トナーの過帯電
を防止し、トナーの帯電電荷量を長時間に亙って安定に
維持させることができる、（３）トナーの帯電電荷量を
短時間で安定させることができる、したがって、現像剤
の供給不足による掠れのない高濃度のプリント画像を安
定して得られる。

実施例本発明の非磁性一成分現像剤は、絶縁性トナーと導電
性微粉末との混合物から成り、しかも前記トナー前記導
電性微粉末で外添された構成をしている。

トナーとしては、電子写真記録あるいは静電記録で通
常よく用いられている非磁性トナーであれば何れでも適
用できる。勿論、必要に応じて電荷付与剤，オフセット
防止剤，電荷制御剤などの添加剤を含有させたトナーで
あってもよい。トナーの平均粒径は、５〜15μｍが好ま
しい。

導電性微粉末としては、比抵抗が10⁹Ω・cm以下で、
しかも粒径がトナーよりも小さなもの、好ましくは１μ
ｍ以下のものがよい。このような特性を有するものに、
酸化チタン，酸化亜鉛，酸化錫，ヨウ化銅，アセチレン
ブラックなどの微粉末がある。カラー用トナーには、粉
顕が白色もしくは淡色のもの、例えば酸化チタン，酸化
亜鉛，酸化錫，ヨウ化銅が適している。

導電性微粉末の添加量は、用いる導電性微粉末の比重
およびトナーの粒径によって異なるが、総体にトナー重
量に対して10重量％以下、望ましくは0.1〜２重量％が
好ましい。導電性微粉末の添加量を10重量％以上にする
と、感光体上に形成されたトナー像を受像紙に静電転写
する際、トナー像がスキャッタリングしたり、トナー像
の転写効率が低下するなどの不都合が生じるので好まし
くない。

トナーに導電性微粉末を外添するには、ヘンシェルミ
キサ，シェイカなど通常の粉体混合機を用いることによ
り容易に達せられる。このとき、導電性微粉末がトナー
表面に実質的に埋没しない条件で外添処理することが肝
要である。理由は、導電性微粉末をトナー表面に埋没さ
せると、プリント画像に地カブリが発生し好ましくない
からである。

現像剤に流動性を付与させるには、シリカ微粉末，硫
酸バリウム微粉末などの流動化剤を現像剤に添加するこ
とにより達せられる。特に、シリカ微粉末は、現像剤担
持体へのトナーのフィルミングを防止するといった副次
的な効果もあり優れている。流動化剤の添加量は必要最
少量でよく、総体的には導電性微粉末に対して20〜100
重量％が好ましい。次に、本発明による現像装置の一実
施例について説明する。

第１図は、本発明による現像装置の一構成例を示す断
面図である。１は現像剤収納容器、２は非磁性一成分現
像剤である。３は、現像剤２を現像領域に担持搬送する
ための現像剤搬送手段であって、例えばアルミニウム，
ステンレスなどの導電性材料から成る円筒状の現像ロー
ラである。他の現像剤搬送手段としては、導電処理を施
したプラスチックシートをベルト状にしたものが適用で
きる。何れの場合も、現像剤搬送手段３の表面は、現像
剤の均一薄層形成を容易にするため、粗面処理すること
が望ましい。好ましい表面粗さは、Ra0.1〜２である。

４は、現像剤２を現像剤搬送手段３に付与するための
現像剤付与手段であって、現像剤搬送手段３に接触もし
くは近接して配設され、しかも現像剤搬送手段３と現像
剤付与手段４とは電気的に短絡されている。通常、現像
剤搬送手段３と現像剤付与手段４をアースするか、もし
くは同電圧にする。しかし、必要に応じて現像剤搬送手
段３と現像剤付与手段４との間に直流電圧あるいは直流
電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加することにより、
現像剤搬送手段３に供給する現像剤量をコントロールす
ることもできる。

現像剤付与手段４としては、例えば導電性ファーある
いは導電性スポンジなどの弾性体を金属ローラに固着さ
せたファーブラシローラあるいはスポンジローラが適用
できる。特に、導電性ファーブラシローラは、経時によ
って現像剤が凝集することなく、均一な現像剤の薄層形
成ができる点で優れている。

導電性ファーとしては、レーヨン，アクリル，ナイロ
ン，ポリエステルなどのポリマーに導電性カーボンある
いは酸化錫などの導電性微粉末を分散し、これを紡糸し
たものが適用できる。ファーの比抵抗10⁹Ω・cm以下、
太さは２〜15デニール、長さは２〜10mm、ファー密度は
25,000〜50,000本／平方インチが好ましい。

５は、現像剤搬送手段３を付着した現像剤２を薄層化
するための現像剤層厚規制手段であって、例えばウレタ
ン，シリコン，ステンレス，リン青銅などの弾性体から
なる板状の弾性ブレードである。特に、ウレタン，シリ
コンなどのゴムブレードは、層厚むらのない均一な現像
剤の薄層が容易に形成できる点で優れている。ゴムブレ
ードの押圧力は、10〜100g/cmが好ましい。図では、ブ
レード５の自由端が現像剤搬送手段３の回転方向に対し
て順方向に取り付けられているが、逆方向であってもよ
い。次に、この現像装置の動作原理について説明する。
ここでは、現像剤搬送手段３に金属性の現像ローラを、
現像剤付与手段４にファーブラシローラを、現像剤層厚
規制手段５にブレードを用いた場合について説明する。

現像ローラ３及びファーブラシローラ４を矢印方向に
回転すると、収納容器１内の現像剤２はファーブラシロ
ーラ４によって現像ローラ３に搬送される。ここでファ
ーブラシローラ４（周速:Va）と現像３（周速:Vb）の相
対速度比Va/Vbは、１〜２が好ましい。相対速度比を１
未満にすると現像剤の供給不足が生じ、２より大きくす
ると現像装置内での現像剤の揺動・飛散が激しくなり、
現像剤の漏れ防止が困難になるので好ましくない。

現像剤２が現像剤容器１→ファーブラシローラ４→現
像ローラ３に搬送される過程で、現像剤中のトナーは装
置ケース、ファーブラシ、現像ローラなどの装置構成部
材と摩擦して帯電される。そして、摩擦帯電されたトナ
ーは、トナー電荷による静電力およびファーブラシによ
る摺察力などによって現像ローラ３に付着される。

現像ローラ３に付着した現像剤２は、ブレード５で層
厚規制および地均しされて均一に薄層化される。現像剤
が薄層化される際、トナーはブレード５と摩擦され、所
望の電荷量に帯電される。

ここで、トナーの平均粒径が５〜15μｍの場合、現像
ローラ上に形成された現像剤層の層厚は10〜50μｍ、ま
た現像剤層の表面電圧は10〜80Vが好ましい。現像剤層
の層厚および表面電圧の調節は、トナーの組成物、現像
装置の構成部材およびプロセス条件などを最適化するこ
とにより達せられる。

現像ローラ３上に薄層化された現像剤２は、電荷保持
体７上の静電潜像に対応して現像に供される。現像に供
されなかった現像剤２は、ファーブラシローラ４によっ
てその大部分は現像ローラ３から掻き取られ、現像剤収
納容器１に回収される。現像剤収納容器１に回収された
現像剤は、上述した動作を繰り返えしながら現像装置内
を循環し、再び現像に供される。

以上説明した非磁性一成分現像装置は、現像剤搬送手
段に形成された現像剤の薄層を電荷保持体に接触させて
現像する接触現像法あるいは現像剤の薄層と電荷保持体
とを非接触状態に保持させて現像する非接触現像法のい
ずれにも適用できる。

（実施例１）下記に示す製法により、イエロ（Ｃ）、マゼント
（Ｍ）、シアン（Ｃ）３種類の正帯電用の非磁性一成分
現像剤を作製した。

（１）イエロ現像剤下記に示した組成物を150℃で約２時間混練したの
ち、冷却、粉砕，分級して５〜15μｍ（平均粒径:10μ
ｍ）のＹトナー母体を得た。

着色剤:C.I.ピグメントイエロ12 ……50g 結着剤：スチレンアクリル樹脂 ……930g 電荷制御剤：アミノ化スチレン樹脂 ……20g つぎに、下記に示した混合物をヘンシェルミキサで撹
はんして、イエロ現像剤を作製した。

Ｙトナー母体…… 500g シリカ微粉末…… 20g 酸化錫微粉末（１次粒子の平均粒径:0.01μｍ） ……15g （２）マゼンタ現像剤下記に示した組成物を150℃で約２時間、混練したの
ち冷却し、粉砕，分級して５〜15μｍ（平均粒径:10μ
ｍ）のＭトナー母体を得た。

着色剤:C.I.ピグメントレッド５ ……60g 結着剤：スチレンアクリル樹脂 ……910g 電荷制御剤：アミノ化スチレン樹脂 ……30g つぎに、下記に示した混合物をヘンシェルミキサで撹
はんして、マゼンタ現像剤を作製した。

Ｍトナー母体 ……500g シリカ微粉末 ……20g 酸化錫微粉末（１次粒子の平均粒径:0.01μｍ） ……15g （３）シアン現像剤下記に示した組成物を150℃で約２時間、混練したの
ち冷却し、粉砕，分級して５〜15μｍ（平均粒径:10μ
ｍ）のＣトナー母体を得た。

着色剤:C.I.ピグメントブルー15 ……50g 結着剤：スチレンアクリル樹脂 ……930g 電荷制御剤：アミノ化スチレン樹脂 ……20g つぎに、下記に示した混合物をヘンシェルミキサで撹
はんして、シアン現像剤を作製した。

Ｃトナー母体 ……500g シリカ微粉末 ……20g 酸化錫微粉末（１次粒子の平均粒径:0.01μｍ） ……15g つぎに、上記３種類の現像剤を用いて第２図に示した
画像形成装置でカラー画像を作成し、現像装置の特性を
評価した。

第２図において、８はアルミニウムドラムにセレンテ
ルルを蒸着した感光体ドラム（感光層の層厚:60μｍ、
静電容量:92pF/cm²）、９はスコロトロン帯電器（コロ
ナ電圧；＋7kV、グラッド電圧：＋850V）、10は発光ダ
イオードアレイ（出力:7μＷ、発光波長670nm）、11は
集束性ロッドレンズアレイ、12、13、14はそれぞれY,M,
Cの現像剤が別々にはいっている現像器、15はAC除電
器、16は転写用のコロナ帯電器、17は紙剥離用のAC除電
器、18は普通紙、19はクリーニングブラシである。

現像器は、第１図で説明した構成と同じものを用い
た。現像剤搬送手段３にはアルミニウムローラの表面を
Ra＝0.2に粗面処理した現像ローラを、現像剤付与手段
４には比抵抗が10⁶Ωcmのカーボン入りのレーヨン繊維
をアルミニウム管に植毛したファーブラシローラ（ファ
ー密度:35,000本／平方インチ）を用いた。また、現像
ローラとファーブラシローラのファーとは接触させ、互
いに同方向に回転させる構成にした。現像ローラの回転
速度は100mm/s、ファーブラシローラの回転速度は150mm
/sとした。そして、感光体ドラム８と現像ローラとの間
隙が、現像時では120μｍ、非現像時では5mmになるよう
に、現像器に離接機構（図示していない）を取り付け
た。つぎに、像形成方法について説明する。

感光体ドラム８を矢印の向きに周速100mm/sで回転さ
せながら、スコロトロン帯電器９で感光体ドラム８を＋
800Vに帯電した。次に、発光ダイオードアレイ10でイエ
ロの画像信号をスキャニング露光し、非画線部が＋800
V、画線部が＋40Vのネガの静電潜像を形成した。露光
後、この静電潜像をイエロの現像器で反転現像した。こ
のときの各現像器の設定条件を下記に示す。

（１）イエロの現像器12 現像ローラおよびファーブラシへの印加電圧：＋750V 薄層化された現像剤層の表面電位：約40V 薄層化された現像剤層の層厚：約40μｍ現像ローラと感光体ドラムとの間隙:120μｍ（２）マゼンタおよびシアンの現像器13,14 現像ローラおよびファーブラシへの印加電圧:0V 現像ローラと感光体ドラムとの間隙:5mm 現像後、Ｙトナー像を担持した感光体ドラム８をAC除
電器15で除電して静電潜像を消去した後、再びスコロト
ロン帯電器９で帯電した。感光体ドラム８の表面電位
は、トナーの有無に係わらず＋800Vであった。

つぎに、発光ダイオードアレイ10でマゼンタの画像信
号をスキャニング露光して、ネガの静電潜像を形成し
た。Ｙトナーのない部分における画線部の表面電位は＋
40V、またＹトナー付着部における画線領域の表面電位
は＋160Vであった。露光後、この静電潜像をマゼンタの
現像器13で反転現像した。このときの各現像器の設定条
件を下記に示す。

（１）イエロおよびシアンの現像器12、14 現像ローラおよびファーブラシへの印加電圧:0V 現像ローラと感光体ドラムとの間隙:5mm （２）マゼンタの現像器13 現像ローラおよびファーブラシへの印加電圧：＋770V 薄層化された現像剤層の表面電位：約45V 薄層化された現像剤層の層厚：約35μｍ現像ローラと感光体ドラムとの間隙:120μｍ再び感光体ドラム８をAC除電したのち、スコロトロン
帯電器９で帯電した。トナーの有無に係わらず感光体の
表面電位は、＋800Vであった。

つぎに、発光ダイオードアレイ10でシアンの画像信号
をスキャニング露光した。画線部の表面電位はトナーの
ない部分で＋40V、Ｙ及びＭトナーだけが付着している
部分で＋160V、またＹトナーとＭトナーが重なっている
部分で220Vであった。

つぎに、シアンの静電潜像をシアンの現像器14で反転
現像した。このときの各現像器の設定条件を下記に示
す。

（１）イエロおよびマゼンタの現像器12、13 現像ローラおよびファーブラシへの印加電圧:0V 現像ローラと感光体ドラムとの間隙:5mm （２）シアンの現像器14 現像ローラおよびファーブラシへの印加電圧：＋800V 薄層化された現像剤層の表面電位：約45V 薄層化された現像剤層の層厚：約45μｍ現像ローラと感光体ドラムとの間隙:120μｍつぎに、感光体ドラム８をAC除電したのち、転写用の
コロナ帯電器16（コロナ電圧：−5.5kV）で感光体ドラ
ム８上のトナー像を普通紙18に転写した。そして、AC除
電器17で普通紙18を除電して感光体８から剥離した。普
通紙18に転写されたトナー像を加熱定着器（図示してい
ない）で加熱しカラープリントを得た。転写後、感光体
ドラム８に残留したトナーをクリーニングブラシ19で除
去し、再び感光体ドラム８をつぎの画像形成に供した。

その結果、イエロ:1.1、マゼンタ:1.4、シアン:1.5、
３色合成の黒:1.4の鮮明なカラープリントが得られた。
また、連続5000枚コピー後でも、イエロ:1.0、マゼン
タ:1.3、シアン:1.4、３色合成の黒:1.3のカラープリン
トが得られた。このときの、各現像器における薄層化さ
れた現像剤層の表面電圧および層厚は、初期と比べてほ
とんど変化がなかった。

（比較例１）具体的実施例１のシアン現像剤から酸化錫微粉末だけ
を除いたものを作成して、第２図の画像形成装置でシア
ン単色の画像を形成したところ、初期画像の色濃度は1.
3であったが、連続2000枚コピー後では0.5に低下した。
また、現像剤層の表面電位は、初期約50Vであったもの
が連続2000枚コピー後では250Vに上昇していた。

（比較例２）実施例１のシアン現像器において、現像ローラとファ
ーブラシローラとを電気的に浮して、第２図の画像形成
装置でシアン単色の画像を形成したところ、初期画像の
色濃度は1.3であったが、連続2000枚コピー後では0.8に
低下した。また、現像剤層の表面電位は、初期約50Vで
あったものが連続2000枚コピー後では150Vに上昇してい
た。

（比較例３）実施例１で述べたシアンの現像剤において、酸化錫の
添加量を50gにして第２図の画像形成装置でシアン単色
の画像を形成したところ、初期画像の色濃度が0.8にな
った。また、得られた画像は、画線の周辺にトナーが飛
び散ったボケたものであった。

（比較例）４実施例１で述べたシアンの現像剤からシリカ微粉末だ
けを取り除いた現像剤を用いて、第２図の画像形成装置
でシアン単色の画像を形成したところ、初期画像の色濃
度は1.3であったが、連続3000枚コピー後のプリント画
像の色濃度が0.9になった。そこで、現像ローラの表面
を調べたところ、トナーが薄くフィルミングしていた。

（比較例５）実施例１で述べたシアンの現像剤において、酸化錫微
粉末の代わりに平均粒径30μｍの銅粒子を添加したもの
用いたところ、現像ローラ上に白線（現像剤が付着して
いない）が生じ、現像剤の均一な薄層形成ができなかっ
た。この原因を調べたところ、ブレードに銅粒子が挟ま
って現像剤が堰止められていた。

（実施例２）実施例１で述べたマゼンタの現像剤において、酸化錫
微粉末の代わりにヨウ化銅（１次粒子の平均粒径:0.05
μｍ）17gを外添した現像剤を用いて、第２図の画像形
成装置でマゼンタ単色の画像を形成した。

その結果、初期画像の色濃度が1.2の鮮明なマゼンタ
画像が得られた。また、連続5000枚コピー後の色濃度は
1.1であった。このときの現像器における現像剤層の表
面電圧および層厚は、初期と比べてほとんど変化がなか
った。

（実施例３）実施例１で述べたシアンの現像器において、ファーブ
ラシローラの代わりに市販されている導電性スポンジロ
ーラ（比抵抗：約10⁶Ω 個）を用いて、第２図の画像
形成装置でシアンの単色画像を形成した。

その結果、初期の色濃度が1.4の鮮明なシアン画像が
得られた。また、連続3000枚コピー後でも1.3の色濃度
が得られた。しかし、連続5000枚コピー後では色濃度が
0.9に低下した。画像濃度が低下した原因を調べたとこ
ろ、現像ローラの表面にトナーが薄くフィルミングして
いた。

発明の効果本発明によればトナーの帯電電荷量を長時間に亙って
安定に維持することができるため、経時によっても高濃
度のプリント画像が安定して得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に一実施例の非磁性一成分現像装置の断
面概略図、第２図は同装置を用いた画像形成装置の概略
図である。１……現像剤収納容器、２……非磁性１成分現像剤、３
……現像剤搬送手段、４……現像剤付与手段、５……現
像剤層厚規制手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非磁性一成分現像剤を現像領域内に担持搬
送する現像剤搬送手段と、前記現像剤搬送手段に前記現
像剤を付与する導電性弾性体から成る現像剤付与手段
と、前記搬送手段に担持された現像剤を薄層化する弾性
ブレードから成る現像剤層厚規制手段と、前記現像剤搬
送手段と前記現像剤付与手段とを電気的に短絡させる手
段とを具備し、かつ前記現像剤が絶縁性トナーと前記ト
ナーより小径の導電性微粉末とを含み、前記トナーが前
記導電性微粉末で外添されていることを特徴とする非磁
性一成分現像装置。
【請求項２】現像剤付与手段の比抵抗が10⁹Ω・cm以下
の導電性ファーブラシである特許請求の範囲第１項記載
の非磁性一成分現像装置。
【請求項３】導電性微粉末がトナーに対して0.1〜２重
量％である特許請求の範囲第１項記載の非磁性一成分現
像装置。
【請求項４】導電性微粉末が酸化錫である特許請求の範
囲第３項記載の非磁性一成分現像装置。
【請求項５】シリカ微粉末が導電性微粉末に対して20〜
100重量％添加されている特許請求の範囲第３項記載の
非磁性一成分現像装置。