JP2905250B2 - 現像装置及びそのトナー担持体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、現像装置及びその現像装置に用いられるト
ナー担持体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

潜像担持体に形成した静電潜像を可視像化して記録画
像を得る電子複写機、レーザプリンタ或いはファクシミ
リ等の画像形成装置において、必要に応じて補助剤を外
添したトナー、すなわち一成分系現像剤を用いる現像装
置を採用することには従来より周知である。

この形式の現像装置は、潜像担持体に対向配置された
トナー担持体と具備し、該トナー担持体の表面に担持し
たトナーを、潜像担持体とトナー担持体との対向した現
像領域へ搬送し、該現像領域において、トナー担持体に
担持されて搬送されたトナーによって、潜像担持体に形
成された静電潜像を可視像化するものである。かかる現
像装置は、キャリアを含む二成分系現像剤を用いる現像
装置に比べ、装置の維持管理を簡素化でき、装置の構造
を小型化できる利点を得られる。しかも、非磁性のカラ
ートナーを用いれば、鮮明なカラー画像を得ることが可
能である。

ところで、一成分系現像剤を用いる現像装置におい
て、所定濃度の高品質な可視像を形成するには、充分に
帯電した多量のトナーの現像領域への搬送し、かかるト
ナーによって潜像を可視像化する必要がある。

ところが、特に非磁性トナーを用いたときは、これを
磁力によってトナー担持体上に担持させることができな
いため、上述の要求を満たすことは容易でない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の第１の目的は、簡単な構成によって、必要量
のトナーを現像領域へ搬送して高品質な可視像を形成で
きる画像形成装置を提供することにある。

本発明の第２の目的は、上記目的を達成した現像装置
に用いられるトナー担持体を簡単かつ低コストで製造で
きるトナー担持体の製造法方法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、上記第１の目的を達成するため、潜像担持
体に対向配置されたトナー担持体を具備し、該トナー担
持体の表面に担持したトナーを、潜像担持体とトナー担
持体との対向した現像領域へ搬送し、該現像領域におい
て、トナー担持体に担持されて搬送されたトナーによっ
て、潜像担持体に形成された静電潜像を可視像化する現
像装置において、前記トナー担持体が、導電性の基体
と、その基体表面に溶着された金属粒子と、その表面に
コーティングされた誘電体を有し、その表面が研磨ない
しは研削されていると共に、該トナー担持体の誘電体を
帯電させる帯電手段を設けたことを特徴とする現像装置
を提案する。

また、本発明は、上記第２の目的と達成するため、導
電性の基体表面に溶射によって金属粒子を溶着し、その
表面に誘電体をコーティングすると共に、その硬化後
に、表面を研磨ないし研削して前記金属粒子の導電面
と、誘電体を表面に露出させることを特徴とするトナー
担持体の製造方法を提案する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明す
る。

第１図は現像装置の一例を示す概略図であり、先ずそ
の全体構成と作用を明らかにする。

第１図において、潜像担持体の一例であるベルト状の
感光体１は矢印Ａ方向に駆動され、これに対向して現像
装置２が設けられている。本例の現像装置２は、そのト
ナー容器３内に、必要に応じて補助剤が外添された非磁
性トナー４、すなわち非磁性の一成分系現像剤が収容さ
れていて、そのトナーの体積固有低効率は10⁷〜10¹²Ωc
m程度である。トナー容器３の前後の側板には、該容器
の開口から一部を露出した状態で現像ローラ５が支持さ
れ、該ローラ５は感光体１に対向して、図における反時
計方向に例えば400rpmの回転数で回転駆動される。現像
ローラ５はトナー担持体の一構成例をなすものである
が、かかるローラ５の代りにベルト状のトナー担持体を
用いることもできる。

またトナー容器３の前後の側板にはトナー供給部材の
一例であるトナー供給ローラ６が支持され、該ローラ６
は現像ローラ５が接触しながら例えば300rpmの回転数で
反時計方向（又は時計方向でもよい）に回転駆動され
る。

トナー容器３内のトナー４は、時計方向に回転するア
ジテータ７により攪拌されつつ、トナー供給ローラ６に
運ばれ、次いでこのローラ６によって現像ローラ５に供
給される。この供給時にトナーは所定の極性、本例では
感光体１の静電潜像と逆極性の正極性に摩擦帯電され、
現像ローラ５の周面に静電的に付着し、現像ローラ５に
担持される。これに関連する構成と作用については後に
詳しく説明する。

上述のように現像ローラ５の周面に供給担持されたト
ナーは、該ローラ５の回転によって搬送され、層厚規制
部材の一例であるドクターブレード８によってならさ
れ、均一な厚さに規制される。次いでこのトナーは感光
体１と現像ローラ５の対向した現像領域９へ搬送され、
ここで、感光体１に形成された静電潜像に静電的に移行
し、該潜像を可視像化する。

現像に供されずに現像領域９を通過したトナーは、現
像ローラ５に担持されたままトナー供給ローラ６のとこ
ろに戻される。また感光体１上に形成された可視像は図
示していない転写紙に転写され、定着装置によって転写
紙上に定着される。

以上のように、本例の現像装置２は、感光体１として
構成された潜像担持体に対向配置された現像ローラ５よ
り成るトナー担持体を具備し、そのトナー担持体の表面
に担持したトナーを、潜像担持体とトナー担持体との対
向した現像領域９へ搬送し、該現像領域９において、ト
ナー担持体に担持されて搬送されたトナーによって、潜
像担持体に形成された静電潜像を可視像化する。

上述した構成自体は従来より公知な現像装置と変りは
なく、かかる従来の現像装置においては、充分に帯電し
た多量のトナーを現像領域へ搬送することが難しく、可
視像の濃度が低下する恐れがあった。

そこで、図示した現像装置においては、第２図及び第
３図に模式的に拡大して示したように、現像ローラ５と
して、例えばアルミニウム等の導電性ローラ10より成る
基体の周囲表面に多数の微小金属粒子112が、導電性ロ
ーラ10に対して電気的に接続された状態で分散して固定
され、これらの金属粒子112を埋め込んだ状態で誘電体1
1が導電性ローラ10に積層されているローラが用いられ
ている。金属粒子112の導電面12とそのまわりの誘電体1
1の表面が外部に露出し、現像ローラ５の表面は平滑に
形成されている。

表面に露出した導電面12の形状やその大きさは適宜設
定できるが、その形状が円形ないしはほぼ円形であると
した場合、その径D1は、例えば10乃至500μｍ、好まし
くは50乃至300μｍ程度に設定され、その中心間距離P1
は、例えば100乃至500μｍ程度に設定される。また表面
に露出した導電面12の形が矩形ないしはほぼ矩形でるあ
るとき、その一辺の長さは例えば10乃至500μｍ程度で
ある。現像ローラ５の全表面積に対する、全導電面12に
総和の表面積比率は、例えば20乃至80％、好ましくは20
乃至60％程度に設定される。このように比率を定めるこ
とにより、後述する閉電界の電界強度を高め、現像ロー
ラ５上に最適な量のトナーを付着させることが可能とな
る。

現像ローラ５の導電性ローラ10には、必要に応じて直
流、交流、直流重畳交流、パルスなどのバイアス電圧が
印加され、可視像の画質が高められるようにすることも
できるし、導電性ローラ10をアースしておくように構成
することも可能である。トナー供給ローラ６に対しても
同様である。

また本例では誘電体11としてトナーの帯電極性と反対
の極性、すなわち負極性に摩擦帯電される材質のものが
選択される。

一方、現像ローラ５に接するトナー供給ローラ６は、
現像ローラ５の誘電体11に接触して、これをトナーの帯
電極性と反対の極性（本例では負極性）に摩擦帯電させ
る材料から構成されている。第１図及び第２図に示した
例では、トナー供給ローラ６が、導体の芯部材14とその
まわりに積層された円筒状の発泡体15より成り、この発
泡体15が弾性変形しながら現像ローラ５に圧接してい
る。このようなトナー供給ローラ６を用いた場合、発泡
体15を、上述するように誘電体11を負に摩擦帯電させる
材料によって構成すればよい。このように、トナー供給
ローラ６は、誘電体11を帯電させる帯電手段の一例を構
成する。発泡体15の代りに、例えばファーブラシ等、そ
れ自体公知のものを用いるこもできる。

上記構成のより詳細な作用を説明すると以下の通りで
ある。

第１図を参照して先に説明したように、現像領域９を
通過した現像ローラ部分は、トナー供給ローラ６のとこ
ろに移動して該ローラ６に接触する。ここで現像ローラ
５上に担持されている、現像に供されなかったトナーは
トナー供給ローラ６により機械的、電気的に掻き落され
る。同時に、現像ローラ５の誘電体11は、トナー供給ロ
ーラ６との摩擦によってトナーの帯電極性と反対の負極
性に帯電される。その際、現像領域９を通過した現像ロ
ーラ周面の誘電体11に、感光体１の静電潜像の影響によ
る静電的な残像が残っていても、トナー供給ローラ６と
の摩擦により、誘電体11がほぼ飽和状態まで帯電し、そ
の電荷量が均一となるため、残像はなくなり、現像ロー
ラ５が初期化される。

一方、トナー供給ローラ６の周面に接触しながら現像
ローラ５に運ばれるトナーは、第２図に模式的に示すよ
うにトナー供給ローラ６との摩擦によって正極性に摩擦
帯電され、現像ローラ５に供給されるが、このときこの
現像ローラ５、特にその誘電体11との摩擦によりさらに
正極性に強く摩擦帯電され、現像ローラ５の周面に静電
的に付着する。

このとき、現像ローラ５の誘電体11は負極性に摩擦帯
電していて、その表面中に導電面12が存在するので、現
像ローラ５の表面は、誘電体11のところに選択的に負極
性の電荷が付与された状態となっている。これにより第
４図に示すように、各導電面12と、そのまわりの負に帯
電した誘電体11の間に閉電界が形成され、現像ローラ５
の表面に近傍に微小閉電界（マイクロフィールド）が形
成される。すなわち、電界の状態を表わす電気力線を考
えた場合、現像ローラ５の表面近傍の空間には、第４図
に円弧状の多数の線で表わしたように電気力線Ｅが形成
され、その電気力線は現像ローラ５から出て同一の現像
ローラ５に戻り、誘電体11と各導電面12との間に閉電界
が形成されるのである。このように、電界傾度の大なる
電界が現像ローラの表面近傍に形成される。

誘電体11の表面中に微小面積の導電面12が混在してい
るため、各閉電界は所謂エッジ効果ないしはフリンジン
グ効果（周辺電場効果）によってその強度が大変強くな
る。かかる閉電界によって、正に帯電したトナーは、誘
電体11に強く引かれ現像ローラ５上に多量に離れ難い状
態で保持される。その際、トナーはトナー供給ローラ６
と現像ローラ５との摩擦によって強く摩擦帯電してお
り、しかも現像ローラ５の表面に強い微小閉電界の作用
で保持されるので、現像ローラ５上には高い電荷を持っ
た多量のトナーが担持される。しかも、現像ローラ５に
担持されたトナーが例えばウレタンよりなるドクターブ
レード８によって層厚を規制されるとき、帯電の充分な
トナーは微小閉電界によって現像ローラ５の表面に強く
保持されるが、かかるトナーに帯電量の小なるトナーが
混在していても、これはドクターブレード８との接触圧
によって除去され、結局、帯電量の大なるトナーだけ
が、従来よりも多量に現像領域９へ搬送され、前述の如
く静電潜像を可視像化する。現像領域９での現像ローラ
５と感光体１との間の電界は、電極効果が大きくなり、
現像ローラ５上のトナーが感光体１に付着しやすい状態
となる。このようにして可視像の画像濃度を高め、かつ
その地汚れを防止することができる。

なお、現像ローラ５の表面近傍には、第４図に模式的
に示したようにその全体に亘って微小閉電界だけが形成
される場合と、閉電界でない電界が閉電界に混在する場
合とが考えられるが、いずれにしても開電界が存在する
ので、その強度が高められ、トナーを多量に担持するこ
とができる。

従来公知の現像装置においては、ドクターブレードを
通過した後の現像ローラの表面に、例えば約0.1〜0.3mg
/cm²のトナーを付着できる程度であったため、特にカラ
ートナーを用いた場合、現像ローラ上のトナーの付着量
が不足していた。そこで従来は、現像ローラの回転速度
を高め、その線速を感光体の線速の３乃至４倍速度に設
定し、これによって現像領域へ搬送されるトナー量を増
大させ、可視像の濃度低下を防止する方法も採用される
ている。ところが、このように両者の線速を設定する
と、感光体上に形成されたベタ画面の感光体移動方向後
端側だけが他の部分に比べて濃度が異常に高くなる「後
端トナー寄り」と称せられる現象が発生し、その画質が
劣化する。この不具合を除去するには、現像ローラの線
速を感光体の線速と等しくするか、又はこれに近づける
必要があるが、このようにすると、カラートナーの場
合、現像ローラ上に例えば0.8〜1.2mg/cm²のトナーを付
着させなければならず、従来公知の現像装置ではこれに
対応することはきなかった。ところが、第１図に示した
現像装置では、可視像の他汚れを防止でき、かつそのシ
ャープネスを高めるべく、例えば、５〜20（好ましくは
10〜15）μc/g程に帯電した多量のトナー（例えば0.8×
1.2mg/cm²）を現像領域に搬送でき、現像ローラ５の線
速を感光体１の線速と等しくし、又はこれに近づけるこ
とが可能となる。

なお、第１図の例では現像領域９において非接触現像
を行っているが、接触現像方式により潜像を可視像化し
てもよい。また上述した例では、誘電体11をトナーと逆
極性に帯電させたが、トナーの帯電極性と同極性に誘電
体11を帯電させ、特に導電面12上に多量のトナーを付着
させることも可能である。

次に、参考として非磁性トナーと現像装置の主要部材
の材質を例示する。

トナーとしては、一般にポリエステル、BMA、ポリス
チレン、エポキシ、フェノールなどの樹脂が基本とな
り、トナーに内添又は外添する極性制御剤によりその帯
電極性及び帯電量を制御できる。なお、外添とは極性制
御剤などの補助剤をトナーと混合することであり、内添
とは各トナー粒子に練り込んだ状態で一体化することで
ある。

また現像装置の各部材も、トナーを帯電極性、トナー
との離型性、耐久性などを考慮して、例えば次に例示す
る如きものが適宜使用される。

次に、上述した現像ローラ５の製造方法の具体例を説
明する。

先ず、第５図に示すように現像ローラの素材となる導
電性の基体、図示した例では円筒状の導電性ローラ10を
切削などによって加工して製作する。ローラ10として
は、Al、Cu、Fe等の金属製ローラが用いられる。

次に第６図（ａ）に拡大して示す如く、導電性ローラ
10の表面に、溶射によって金属粒子112を分散させて溶
着する。このように金属粒子112は導電性ローラ10上に
電気的に接続された状態で固着される。溶射は、溶融状
態の金属をエア等の媒体によって、導電性ローラ10の表
面に吹きかけ、その金属粒子112をローラ10の表面に固
着する方法であり、かかる金属粒子112として、A1、N
i、Cuなどの純金属や合金が適宜使用される。その粒径
は10乃至500μｍ、特に50乃至200μｍ程度である。

上述の金属粒子112が硬化した後、第６図（ｂ）に示
す如く導電性ローラ10の表面に誘電体11をコーティング
し、これを乾燥硬化させる。このときの誘電体11の塗布
厚みは全ての金属粒子112が埋まるようにする。誘電体1
1としては先に例示したもの、例えばフッ素樹脂（旭硝
子社製ルミフロンLF200）を用い、これをコーティング
した後、100℃の温度下で約30分間乾燥させる。

上記誘電体11が硬化した後、第６図（ｃ）に示す如く
その表面を研磨ないしは研削して表面をほぼ平滑にする
と共に、金属粒子112の導電面12と誘電体11の面を表面
に露出させ、導電面12を誘電体11の表面に混在させる。
このようにして、導電性ローラ10の表面に接着剤を塗布
することなく、簡単に現像ローラ５を製造することがで
きる。現像ローラ５の表面積に対する導電面12の面積比
率は、先にも示したように20乃至80％、好ましくは20乃
至60％である。

上述のように、導電性の基体表面に溶射によって金属
粒子を溶着し、その表面に誘電体をコーティングすると
共に、その硬化後に、表面を研磨ないしは研削して金属
粒子の導電面と、誘電体を表面に露出させてトナー担持
体を製造するのである。

現像装置２は、このようにして製造されたトナー担持
体と、その誘電体を帯電させる帯電手段の一例である前
述のトナー供給ローラ６を有している。このトナー担持
体は、導電性の基体と、その基体表面に溶着された金属
粒子と、その表面にコーティングされた誘電体を有し、
その表面が研磨ないしは研削されているのである。

導電性ローラ10の表面に溶着される金属粒子112は適
宜な形状であってよいが、これを球形ないしはこれに近
い形状にすると次の如き利点が得られる。

第５図に示した導電性ローラ10を製作したとき、その
製作誤差によってローラ外周表面10aがローラ10の軸線
Ｘに対して多少偏心してしまうことは一般に避けられな
い。例えば導電性ローラ10の径Ｄが10乃至30mmであると
き、偏心量δが20μｍ程になってしまうことは稀ではな
い。このように偏心した導電性ローラ10の表面に先に説
明した如く金属粒子112を固着し、その上に誘電体11を
コーティングし、導電性ローラ10を回転させながらその
表面を研磨ないしは研削するのであるが、ローラ10の表
面が偏心していると、これに応じて誘電体11の研削量が
ばらつくことになる。すなわちローラ10のある部分と他
の部分とで、誘電体の研削される厚さに相違ができるの
である。

ここで、第７図（ａ）に示す如く、導電性ローラ10に
固着された金属粒子112がほぼＶ字形の断面形状を有し
ているものとして、その面を研削したとき、前述の偏心
によってローラのある部分ではＡで示した面に研削され
るが、他の部分ではＢ又はＣで示した面に研削されるこ
とになる。このとき、Ｂ面に研削された部分とＣ面に研
削された部分を比較すると、外部に露出した金属粒子11
2の表面積は、b,cで示したところから判るように大きく
相違し、250％程の相違が生じることもある。このよう
に現像ローラ５の表面に露出した金属粒子112の導電面1
2の面積がばらつくと、これと誘電体11との間に形成さ
れる微小閉電界の電界強度がばらつくことになり、これ
に応じて現像ローラ５上に付着するトナーの量がばらつ
く。このため、感光体の静電潜像に付着するトナー量、
すなわち可視像の濃度にばらつきを生じることになり、
画質が低下する。

ところが、第７図（ｂ）に示すように金属粒子112が
球形であると、これがＡ面で研削されたときも、Ｂ面に
研削したときも、或いはＣ面で研削されたときも、符号
a,a1で示したところから判るように、研削後の金属粒子
の導電面12の面積はほとんど変らず、せいぜい10乃至15
％程相違するだけである。このように導電面12と、その
まわりの誘電体11の面の面積比率のばらつきを抑えるこ
とができるため、完成した現像ローラ５を使用したいと
き、その表面近傍に形成される微小閉電界の強さを現像
ローラ全体に亘って均一化でき、均一量のトナーを担持
して濃度むらのない高品質な可視像を形成することがで
きる。

ところで、第２図乃至第６図に示した現像ローラ５に
おいては、その各金属粒子112を互いに分散した状態で
導電性ローラ10に固着したが、第８図（ａ）に示すよう
に、導電性ローラ10上に溶射によって溶着した金属粒子
112を部分的又は全体に亘って互いに一体に溶着させ、
その表面に凹凸を作るようにしてもよい。この場合も、
第８図（ｂ），（ｃ）に示す如く、その上に誘電体11を
コーティングし、かつその硬化後にその表面を研磨ない
しは研磨することによって、誘電体表面中に導電面12が
分散した現像ローラ５を得ることができる。

また第６図（ｃ）又は第８図（ｃ）に示したように製
作した現像ローラ５の表面にさらに所定厚さの誘電層を
積層してもよい。このような現像ローラによると、第１
図に示した現像領域９において、感光体１と現像ローラ
との間で電荷のリークを防止でき、かかるリークに起因
する静電潜像の乱れを防止できる利点が得られる。

ベルト状のトナー担持体を製作するときは、第５図乃
至第６図及び第８図に示した導電性ローラ10の代りに、
導電性のシートより成る基体を用いればよい。

なお、第１図及び第２図に示した実施例では、誘電体
11を所定の極性に帯電させることにより、トナー担持体
表面の近傍に微小電界を形成し、潜像の可視像化に用い
られる非磁性トナーを閉電界によってトナー担持体に付
着させる帯電手段として、トナー供給ローラ６を用いた
が、これ以外の独立した帯電手段を適宜用いてもよいこ
とは当然である。

〔発明の効果〕

請求項１に記載の発明によれば、微小閉電界の作用に
より、現像領域へ必要量のトナーを搬送して、高品質な
可視像を形成できる現像装置を供することができる。

請求項２に記載の発明によれば、微小閉電界を形成で
きるトナー担持体を簡単かつ低コストで製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は現像装置の一例を示す概略断面図、第２図は現
像ローラの金属粒子と、誘電体と、該ローラに付着する
トナーを模式的に拡大して示した説明図、第３図は同じ
く誘電体を拡大して示した現像ローラ表面の平面図、第
４図は誘電体により形成される微小電界の電気力線を示
した説明図、第５図は導電性ローラの斜視図、第６図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は現像ローラの製造工程を説明
する模式拡大図、第７図（ａ），（ｂ）は球形の金属粒
子を用いたときの利点を説明する図、第８図（ａ），
（ｂ），（ｃ）は現像ローラの製造方法の他の例を示す
説明図である。 ２…現像装置、４…トナー、９…現像領域 11…誘電体、12…導電面、112…金属粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−136774（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−90369（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−72968（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−36845（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−54150（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/08 B05D 3/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】潜像担持体に対向配置されたトナー担持体
   を具備し、該トナー担持体の表面に担持したトナーを、
   潜像担持体とトナー担持体との対向した現像領域へ搬送
   し、該現像領域において、トナー担持体に担持されて搬
   送されたトナーによって、潜像担持体に形成された静電
   潜像を可視像化する現像装置において、 前記トナー担持体が、導電性の基体と、その基体表面に
   溶着された金属粒子と、その表面にコーティングされた
   誘電体を有し、その表面が研磨ないしは研削されている
   と共に、該トナー担持体の誘電体を帯電させる帯電手段
   を設けたことを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】導電性の基体表面に溶射によって金属粒子
   を溶着し、その表面に誘電体をコーティングすると共
   に、その硬化後に、表面を研磨ないしは研削して前記金
   属粒子の導電面と、誘電体を表面に露出させることを特
   徴とするトナー担持体の製造方法。