JP2543143C

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Publication number: JP2543143C
Authority: JP
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Publication date: 1998-09-03

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、現像剤担持体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ようさせて、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、しかも前記トナーが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１μｍ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。ファーの比抵抗は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に付着した現像剤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）と現像ローラ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
薄層を電荷保詩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）、マゼンタ（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：10μｍ）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胆 …… 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 ………………………… 1000g 酸化錫微粉末（１次粒子の平均粒径：０．０１μｍ） ………………………… 20g シリカ微粉末 ………………………… 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：１０μｍ）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 …………………………… 1000g 酸化錫微粉末（１次粒子の平均粒径：０．０１μｍ） ………………………… 20g シリカ微粉末 …………………… 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：１０μｍ）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……………………………… 1000g 酸化錫微粉末（１次粒子の平均粒径：０．０１μｍ） ………………………… 20g シリカ微粉末 ……………………… 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、グリッド電圧：＋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＋800Ｖ、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ΛＣ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＋220
Ｖ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、酸化錫の添加景を50 g 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、現像コ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： 0．05μｍ）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

【特許請求の範囲】 (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。 (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。 (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。 (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。