JP2921972B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子写真複写機、プリンタあるいはファク
シミリ等の画像形成装置に採用される現像方法及びその
装置に係り、詳しくは現像剤保持体表面に現像剤を保持
し、静電潜像保持体表面と対向する現像間隙に搬送して
現像を行なう現像方法及びその装置に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

この種の現像装置してては、表面に乾式現像剤の薄層
を形成した現像剤保持体と静電潜像保持体とを、現像部
において現像剤薄層の厚みよりも大きな現像間隙を保持
して対向させ、この現像間隙に連続的に交互電界を形成
して、現像剤の転移及び逆転移を繰り返して現像を行な
う現像方法が知られている（特公昭58−32375号公報参
照）。

そして、この現像方法においては非磁性現像剤を使用
すると、非磁性現像剤の往復運動を生じさせた際、現像
剤がパウダークラウド化し、潜像の中間電位部の現像が
異常に促進されてその高電位部での画像濃度が低下した
異常画像が発生するという不具合がある。

そこで、上記現像間隙に、連続的に交互電界を形成す
るのに代え、交互電界を形成する第１期間と交互電界の
形成を休止する第２期間とを交互に繰返し、且つこの第
１期間の交互電界の最終成分を現像剤を潜像保持体より
現像剤保持体へ引き戻す電界成分より形成することが提
案されている（特開昭60−134262号公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記の構成によれば、現像間隙に交互電界
を形成するときの波形が制限されるので、現像装置設計
上の自由度が制限されてしまうという問題点があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑み
なされたものであり、その目的とするところは、現像間
隙に電界を形成するときの波形の制限が少なく、且つ異
常画像の発生を防止することが出来る現像方法及びその
装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、表
面に現像剤を担持して搬送する現像剤担持体と、該現像
剤担持体に担持されて搬送される現像剤の層厚を規制す
る層厚規制手段とを具備し、該層厚規制手段によって層
厚を規制された現像剤によって、静電潜像保持体に形成
された静電潜像を可視像化する現像装置において、前記
現像剤担持体として、導電部と誘電部とを混在露出させ
た現像剤担持体を用い、前記現像剤担持体の移動方向に
関し、前記層厚規制手段による現像剤層厚規制部よりも
上流側であって、静電潜像の可視像化が行われる現像領
域よりも下流側に位置し、かつ現像剤担持体の表面に接
触して前記誘電部を所定の極性に帯電させ、現像剤担持
体表面に微少電界を形成する担持体帯電手段と、前記現
像剤担持体に供給される現像剤を所定の極性に帯電させ
る現像剤帯電手段と、前記現像剤担持体の移動方向に関
し、前記層厚規制手段による現像剤層厚規制部よりも上
流であって、静電潜像の可視像化が行われる現像領域よ
りも下流側に位置し、かつ前記担持体帯電手段により帯
電されて微少閉電界が形成された現像剤担持体の表面に
帯電したトナーを連続的に供給するトナー供給手段と、
該微少閉電界により現像剤担持体に担持された現像剤
に、該現像剤担持体表面から前記静電潜像保持体表面へ
の転移力を生じさせる電界を、前記現像領域に形成する
手段とを設けたことを特徴とするものである。

また、請求項２に係る発明は、請求項１の現像装置に
おいて、上記担持体帯電手段が、現像領域を通過した現
像担持体上に保持されている現像剤をスキャベンジ力に
よって掻き落としながら、上記現像剤担持体の表面に接
触して前記誘電部を所定の極性に帯電させものであるこ
とを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明は、現像間隙において、現像剤保持体表面の近
傍に形成された多数の微小閉電界により現像剤保持体表
面に保持されている現像剤と、現像剤保持体表面に保持
されている、この他の現像剤とで、これらが受ける現像
剤保持体表面に垂直な方向の力の成分に違いを生じさ
せ、これにより、現像剤保持体表面から静電潜像保持体
表面へ向けて飛翔する時期をこれらの現像剤の間でずら
すように作用し、又、飛翔を開始した現像剤に微小閉電
界により現像剤保持体表面に平行な、微小閉電界の中心
に向いた力を与え、これにより、微小閉電界の作用を受
ける現像剤を微小閉電界の中心上に収束させながら飛翔
させるように作用するものである。

〔実施例〕

以下、本発明を電子複写機の現像装置として構成した
実施例につき、図面を参照して詳細に説明する。

第１図において、静電潜像保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。現像装置２の現像容器３
内には、必要に応じて補助剤が外添された非磁性トナー
４より成る一成分系現像剤が収容されている。トナーの
体積固有抵抗値は10⁷〜10¹²Ωcm程度であることが好ま
しい。現像容器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回
転駆動される。現像ローラ５は現像剤保持体の一構成例
であり、かかる現像ローラ５の代りにベルト状の現像剤
保持体を用いることもできる。又現像容器の前後の側板
には現像剤供給部剤の一例であるトナー供給ローラが支
持され、該ローラ６は現像ローラ５に接触しながら反時
計方向に回転駆動される。

現像容器３内のトナーは、時計方向に回転するアジテ
ータ７により撹拌されつつ、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の静電潜像と反対の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
保持される。現像ローラ５の周面に供給保持されたトナ
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、
均一な所定の厚さに規制される。この所定の厚さは感光
体１表面と現像ローラ５表面との間の現像間隙に一致さ
せても良いし、これより薄くして現像剤層と現像ローラ
５表面との間に空間を設けるようにしても良い。後者の
場合は所謂非接触現像を行なうことになる。次いでこの
トナーは感光体１と現像ローラ５の対向した現像間隙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、該静電潜像が可視像化される。層規制
部材としては、ドクターブレード８のほかに、規制ロー
ラや規制ベルトなどを用いることもできる。

現像に供されずに現像間隙９を通過したトナーは、現
像ローラ５に保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。

そして上記現像ローラ５としては、第２図及び第３図
に模式的に示したように、例えばアルミニウムやステン
レス鋼等の導電性ローラ10より成る基体の周面部分に多
数の微小誘電体（絶縁体）11が分散して固定されたロー
ラが用いられている。このローラの表面には導電性ロー
ラ10自体の導電部12と、該ローラ10に固着された誘電体
11が規則的又は不規則状態で混在露出している。

各誘電体11の表面の形状やその大きさは適宜設定でき
るが、現像ローラ５の表面に露出した誘電体11の幅は15
乃至2000μｍ程度とすることが望ましい。誘電体11の表
面の形状が例えば円形であるときは、その径D1（第３図
参照）を15乃至2000μｍ、好ましくは100乃至400μｍ程
度に設定し、その中心間距離P1を、例えば100乃至500μ
ｍ程度に設定する。又表面に露出した誘電体11の形状が
矩形であるときは、その一番短い辺の長さを15乃至2000
μｍ程度とする。同様に、誘電体11が長円形乃至は楕円
形であるときは、その短軸側の幅を15乃至2000μｍ程度
とする。誘電体11が他の形状のときも、これらに準じ
て、その幅を15乃至2000μｍ程度とする。また現像ロー
ラ５全表面積に対する、導電部12の面積比率は例えば20
乃至50％程度に設定される。

現像剤保持体がベルトから成るときは、第３図と同様
に、そのベルトの導電性基体の表面に微小な誘電体11が
多数固定される。

誘電体11としては、本例では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
選択されている。

そして、現像ローラ５の導電性ローラ10に電源20によ
ってバイアス電圧を印加し、感光体１に形成される可視
像の地汚れを防止することが有利である。このバイアス
電圧としては直流、交流、交流に直流を重畳したもの、
或るいはパルス電圧等を適宜採用することが出来る。

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に接して、これをトナーの対電
極性と反対の極性（本例ではマイナスの極性）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砲体15より成り、
この発砲体15が弾性変形しながら現像ローラ５に圧接し
ているが、このようなトナー供給ローラ６を用いた場
合、発砲体15を、上述のように誘電体11をマイナスに摩
擦帯電させる材料によって構成すればよい。

上記の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、現像間隙９を
通過した現像ローラ５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上に保持されている、現像に供されなかったトナーは
トナー供給ローラ６から受けるスキャベンジング力によ
って掻き落される。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、現像間隙９を通
過した現像ローラ５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、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との摩擦により更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の各誘電体11は負極性に摩擦
帯電していて、各誘電体11のまわりには導電部12が存在
するので、現像ローラ５の表面は、多数の誘電体11のと
ころだけ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３図に示すように、負に帯電し
た各誘電体11とそのまわりの導電部12との間に閉電界が
形成され、現像ローラ５の表面の近傍には無数と言える
ほど多数の微小閉電界（マイクロフィールド）が形成さ
れる。即ち、電界の状態を表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３図に円弧状の
多数の線で表したように電気力線が形成され、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、各誘電体11と導電部12との間に閉電界が形成される
のである。

各誘電体11の表面積は前述のように微少であるため、
各閉電界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、該ローラ５上
に多量に離れがたい状態で保持される。

しかも、現像ローラ５に保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、帯電量の小さ
なトナー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、例えば、５乃至20
（好ましくは10乃至15）μC/g程度に帯電されたトナー
だけが現像間隙９へ運ばれる。

本実施例は、現像ローラ５表面が感光体１表面と対向
する現像間隙９において、この微小閉電界の作用を利用
して異常画像が発生しない階調性に富む現像を行なうも
のである。

本発明者の行なったより具体的な検討結果を説明す
る。

第４図（ａ）及び（ｂ）に摸式的に示すように、アル
ミニウムよりなる導電性ローラ10の表面部に一辺Ｘが30
0μｍの直方体形状の多数の誘電体11（例：商品名ルミ
フロン 比誘電率ε＝2.7）を所定のピッチで配列し、
その表面と導電部12の表面を外部に露出させた現像ロー
ラ５を用意した。そして、現像バイアスとして交流バイ
アスを用いた。

第５図（ａ）は第４図（ａ）及び（ｂ）に示した現像
ローラ５による電界の垂直成分の強さE₁及び水平成分の
強さE₂を示すものであり、第５図（ｂ）との比較から判
るように、１つの誘電体11を含む現像ローラ５周方向の
P2で示した長さ部分における電界の強さを示している。
この図の縦軸は電界の大きさ（V/μｍ）を示しており、
原点Ｏより上方がトナーを吸引する電界に、原点Ｏより
下方がトナーを反発する電界にそれぞれ相当している。
横軸は現像ローラ５の周面の方向を示しており、原点Ｏ
は１つの誘電体11の、第５図（ｂ）における右端11aに
相当し、ここより右側の横軸部分が第５図（ｂ）におけ
る導電部12に、原点Ｏより左側の横軸部分が第５図
（ｂ）における誘電体11にそれぞれ相当している。

現像ローラ５上のトナーに及ぼす力は、この表面ない
しはその近傍の電界の垂直成分及び水平成分の強さとト
ナー粒子の帯電量によって決まる。

この図から誘電体11に保持された電荷による微小閉電
界の垂直成分E₁及び水平成分E₂が誘電体11を中心してそ
の周囲にまで及んでいることが判る。そして、この垂直
成分E₁は誘電体11の上方では、この誘電体11と反対極性
に帯電したトナーを吸引する力を生じさせるものになっ
ており、この誘電体11の周辺及びその外側近傍の上方で
はこの誘電体11と反対極性に帯電したトナーを反発する
力を生じさせるものになっている。又、この水平成分E₂
により、誘電体11の周辺の、この誘電体11と反対極性に
帯電したトナーを誘電体11の中心部に向かう方向に吸引
する力を生じさせるものになっている。

第６図（ａ）乃至（ｃ）は、上記の第５図（ａ）に示
す電界によってトナーが受ける力をベクトルで摸式的に
示したものである。第６図（ａ）は微小閉電界以外の、
外部の電界が存在せずにトナーが現像ローラ５周面に吸
引保持された状態を示し、第６図（ｂ）は電荷を保持し
ている。誘電体11部の中央部表面に保持されているトナ
ーについて、微小閉電界の垂直成分と、外部電源による
転移用電界が釣り合った状態を示し、第６図（ｃ）は感
光体１表面に転移して付着したトナーに外部電源による
逆転用外部電界を加えた瞬間の状態を示すものである。
ここでは、現像ローラ５との比較におけるトナーの大き
さは実際のものとは異なっている。又この図では理解を
容易にするために、感光体１表面と現像ローラ５表面の
間の現像間隙９にあるトナーの内の一部のみを記載して
いる。

これらの図面より現像ローラ５表面に保持されている
トナーが、感光体１表面へ向けての飛翔の条件が与えら
れて現像ローラ５表面から離脱した後は、微小閉電界の
水平成分の影響がその飛翔方向に現出し、最短距離で現
像ローラ５表面から感光体１表面へ直行するのではな
く、現像ローラ５表面に平行な方向において微小閉電界
の帯電中心に向かう向きに偏りを持った飛翔軌跡を描く
ことが判る（第６図（ｂ）参照）。この結果、飛翔トナ
ー群は、電荷を保持している誘電体11の中心に向かって
その周囲から収束するような挙動を取る。そして、感光
体１に高密度で到達したトナーは、到達した部分に静電
潜像がなければ逆転移用電界によって再び現像ローラ５
表面へ戻される（第６図（ｃ）参照）、 本実施例によれば、現像間隙９から現像部の周囲への
トナー飛散を防止出来ることが確認された。これは、以
下の理由によるものと考えられる。

即ち、第６図（ｂ）に示すように、誘電体11の中央部
表面に保持されているトナーについて、微小閉電界の垂
直成分と、外部電源による転移用電界が釣り合った状態
から、この中央部表面に保持されているトナーが感光体
１表面への飛翔に移ろうとするとき（飛翔臨界点）には
誘電体11の周辺のトナーは既に飛翔を始めており、互い
に飛翔開始時期がずれる。このため、現像ローラ５表面
上に保持されているトナーの全てが転移用電界によって
同時に感光体１表面に向かって飛翔を開始するような従
来の技術と異なり、トナーの飛翔挙動が現像ローラ５表
面と感光体１表面とに挾まれた空間に存在する空気へ与
える機械的な影響が少なく、現像間隙９における急激な
空気圧の上昇を招くことがないためであると考えられ
る。

又、本実施例によれば、特開昭60−134262号公報に記
載されているような交互電界の最終成分をトナーを感光
体１より現像ローラ５へ引き戻す電界成分より形成する
ようなものではない、通常の交互電界を用いても、異常
画像の発生を防止出来ることが確認された。これは以下
の理由によるものと考えられる。

即ち、上記の現像間隙９における急激な空気圧の上昇
を防止することと相まって、電荷を保持する誘電体11に
対向している感光体１表面には、この誘電体11の面積よ
りも狭い面積にトナーが集約されて付着するので、感光
体１表面の特定領域である静電潜像に現像剤を高密度に
集中させて付着させ、これにより、トナー不足による濃
度低下を防止出来るためと考えられる。

この例は非接触現像方式のものであるが、現像間隙９
をトナー層で満たす所謂接触現像方式のものにおいて
も、現像間隙９の入口部分又は出口部分で上記の現像が
生じるので、同様の効果が得られる。

又、この例では現像バイアスとして交流バイアスを用
いているので誘電体11部以外のトナーが感光体１上の非
画像部（本来トナーが付着すべきでない地肌の領域部
分）に付着しても、これを逆転移させて地肌部分のかぶ
りを除去することが出来、好ましいが、これに限られる
ものではない。

更に、現像バイアスとして特開昭60−134262号公報に
記載されているような、交互電界の最終成分をトナーを
感光体１より現像ローラ５へ引き戻す電界成分より形成
するような交互電界を用いても良い。

尚、現像ローラ５表面に占める誘電体11の分布によっ
ては、感光体１上の画像部（本来トナーが付着すべき部
分）に、トナーを全く保持していないか、又は誘電体11
ほどには保持していない現像ローラ５表面部分（上記実
施例における導電部12が相当）が対面し、これにより画
像部に欠落を生じる恐れがある。これを防止するために
は現像ローラ５表面を感光体１表面よりも早く移動し、
少なくとも一組の誘電体11と導電部12の両者が潜像の同
一箇所に対向するように、適宜相対的な周速差を持たせ
れば良い。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、微小閉電界により現
像剤保持体表面に保持されている現像剤と、現像剤保持
体表面に保持されている、この他の現像剤とで、現像剤
保持体表面から静電潜像保持体表面へ向けて飛翔する時
期がずれ、これにより、現像剤保持体表面に保持されて
いる現像剤の全てが転移用電界によって同時に静電潜像
保持体表面に向かって飛翔を開始する場合のような現像
間隙９における急激な空気圧の上昇を招くことがないの
で、現像間隙９から現像部の周囲へのトナー飛散を防止
出来るという優れた効果が有る。

又、上記のように現像間隙９における急激な空気圧の
上昇を招くことがなく、現像剤のパウダークラウド化を
抑えることが出来、且つ、飛翔を開始した現像剤を微小
閉電界の作用により微小閉電界の中心上に収束させなが
ら飛翔させ、これにより、静電潜像保持体表面の特定領
域である静電潜像に現像剤を高密度に集中させて付着さ
せ、現像剤不足による濃度低下を防止出来るので、異常
画像が発生しない階調性に富む画像を得ることが出来る
という優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る現像装置の一例を示す断面図、 第２図は現像ローラの誘電体の構成と、該ローラに付着
するトナーを摸式的に示した説明図、 第３図は誘電体により形成される微小閉電界の電気力線
を示した説明図、 第４図（ａ）は現像ローラの摸式図、 第４図（ｂ）はその平面図、 第５図（ａ）は第４図（ａ）に示した現像ローラ表面近
傍の電界を示すグラフ、 第５図（ｂ）は第５図（ａ）の横軸の意味を明らかにす
る図、 第６図（ａ）は微小閉電界以外の、外部の電界が存在せ
ずにトナーが現像ローラ周面に吸引保持された状態の説
明図、 第６図（ｂ）は電荷を保持している、誘電体部の中央部
表面に保持されているトナーについて、微小閉電界の垂
直成分と、外部電源による転移用電界が釣り合った状態
の説明図、 第６図（ｃ）は感光体表面に転移して付着したトナーに
外部電源による逆転用外部電界を加えた瞬間の状態の説
明図である。 ２……現像装置,4……トナー ６……トナー供給ローラ,9……現像間隙 11……誘電体,12……導電部 20……電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 祐一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (56)参考文献 特開 昭59−171（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−214874（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に現像剤を担持して搬送する現像剤担
   持体と、該現像剤担持体に担持されて搬送される現像剤
   の層厚を規制する層厚規制手段とを具備し、該層厚規制
   手段によって層厚を規制された現像剤によって、静電潜
   像保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、 前記現像剤担持体として、導電部と誘電部とを混在露出
   させた現像剤担持体を用い、 前記現像剤担持体の移動方向に関し、前記層厚規制手段
   による現像剤層厚規制部よりも上流側であって、静電潜
   像の可視像化が行われる現像領域よりも下流側に位置
   し、かつ現像剤担持体の表面に接触して前記誘電部を所
   定の極性に帯電させ、現像剤担持体表面に微少電界を形
   成する担持体帯電手段と、 前記現像剤担持体に供給される現像剤を所定の極性に帯
   電させる現像剤帯電手段と、 前記現像剤担持体の移動方向に関し、前記層厚規制手段
   による現像剤層厚規制部よりも上流であって、静電潜像
   の可視像化が行われる現像領域よりも下流側に位置し、
   かつ前記担持体帯電手段により帯電されて微少閉電界が
   形成された現像剤担持体の表面に帯電したトナーを連続
   的に供給するトナー供給手段と、 該微少閉電界により現像剤担持体に担持された現像剤
   に、該現像剤担持体表面から前記静電潜像保持体表面へ
   の転移力を生じさせる電界を、前記現像領域に形成する
   手段とを設けたことを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】請求項１の現像装置において、 上記担持体帯電手段が、現像領域を通過した現像担持体
   上に保持されている現像剤をスキャベンジ力によって掻
   き落としながら、上記現像剤担持体の表面に接触して前
   記誘電部を所定の極性に帯電させものであることを特徴
   とする現像装置。