JP2928326B2 - 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、トナー担持体に非磁性トナーを供給し、該
トナー担持体の表面に前記トナーを担持して搬送し、潜
像担持体と前記トナー担持体が互いに対向した現像領域
にて、該潜像担持体に形成された静電潜像をトナー担持
体に担持した前記トナーによって可視像化する現像装置
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
添した非磁性トナー、すなわち非磁性の一成分系現像剤
を用いる上記形式の現像装置を採用することは従来より
周知である。

この形式の現像装置は、キャリアを含む二成分系現像
剤を用いた現像装置に比べ、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が得られる。しかも
非磁性のカラートナーを用いると、鮮明なカラー画像を
得ることもできる。

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を現像領域へ搬送し、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、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。

その対策として、トナー担持体の表面に誘電体（絶縁
体）の層を積層形成し、これに対して、例えばスポンジ
ローラから成るトナー供給部材を圧接させ、両者を互い
に異極性に摩擦帯電させると共に、この誘電体と逆極性
に帯電させた非磁性トナーを誘電体に静電的に付着さ
せ、これを現像領域に搬送する構成が提案されている
（特開昭61−43767号公報）。ところがこの構成によっ
ても、誘電体表面の近傍に形成される電界の強さを充分
に高めることができないため、トナー担持体表面に多量
のトナーを担持させることは難しく、特にカラートナー
を用いた現像装置では所定濃度の可視像を得るために、
多量のトナーをトナー担持体に付着される必要があるた
め、上記従来の構成によっては、高濃度の可視像を形成
することは困難であった。

また、特開昭60−53976号公報に示されている如く、
トナー担持体の表面に凹凸を形成し、これらの凹凸に非
磁性トナーを充填させて担持し、現像領域へ搬送される
トナーの量を増大させた現像装置も提案されてる。とこ
ろがこの構成によると、搬送できるトナー量は増大する
ものの、搬送されるトナー中には帯電不足のトナーが多
量に含まれているため、これによって形成された可視像
の画質が低下する恐れがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上述した従来の実情に鑑み、トナー
担持体上に充分に帯電した多量の非磁性トナーを担持し
て現像領域に搬送し、高画質の記録画像を形成できる冒
頭に記載した形成の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、上記目的を達成するため、冒頭に記載した
形式の現像装置において、トナー担持体として、微小凹
凸を形成した導電性の基体表面に誘電層を積層し、該誘
電層表面をほぼ平滑に形成して、前記基体表面の微小な
凹凸に対応させて誘電層の厚みを異ならせたトナー担持
体を用い、前記誘電層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閉電界を形成し、
静電潜像の可視像化に用いられる帯電トナーを、前記閉
電界によってトナー担持体表面に付着させる帯電手段を
設けた構成を提案する。

その際、前記誘電層の厚みが５乃至500μｍであり、
厚い部分と薄い部分との厚みの比を２以上とし、導電性
の基体表面の凹凸の凸部の高さと、互いに隣り合う凸部
の頂部間の間隔を５乃至100μｍとすることが望まし
い。

〔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図は本発明に係る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。本例現像装置２においては、
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
収容されている。トナーの体積固有抵抗率は10⁷〜10¹²
Ωcm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に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、図示した現像装置２は、現像ローラ５
より成るトナー担持体に非磁性トナーを供給し、そのト
ナー担持体の表面にトナーを担持して搬送し、感光体１
として構成された潜像担持体とトナー担持体が互いに対
向した現像領域９にて、その潜像担持体に形成された静
電潜像をトナー担持体に担持したトナーによって可視像
化するように構成されている。

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
た多量の非磁性トナーを現像領域へ搬送することが難し
く、特にカラートナーを用いた場合には、これにより形
成された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より成る導
電性の基体と、その周囲表面に積層された誘電層（絶縁
層）11を具備するローラが用いられている。導電性ロー
ラ10の表面には微小な凹凸が形成され、その上に積層さ
れた誘電層11の表面は平滑に形成されている。この凹凸
は後述するように、例えば導電性ローラ10の表面にあら
し加工を旋することによって形成される。

上述のように導電性ローラ10の表面に凹凸があり、こ
の上に誘電層11が積層されているので、この微小凹凸に
対応して、誘電層11の厚みが異なることになる。すなわ
ち、第３図に模式的に示す如く、凹凸の凸部の頂部T1か
ら誘電層11の表面までの誘電層11の厚みd₁と、凹部の谷
部T2から誘電層11の表面までの誘電層11の厚みd₂は相違
し、その間の誘電層11の厚みはd₁とd₂の中間の大きさと
なっている。このように多数の凹凸によって、誘電層11
の厚みがその全体に亘ってランダムに（或いは規則的で
あってもよい）相違しているのである。

必要に応じて現像ローラ５の導電性ローラ10に直流、
交流、直流重畳交流、パルスなどのバイアス電圧を印加
し、可視像の画質を高めることもでき、またローラ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。

トナー担持体がベルトから成るときは、そのベルトの
導電性の基体表面に微小の凹凸が形成され、その上に、
表面が平滑な誘電層が積層される。

本例では、誘電層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。

上述のように、本例の現像装置２においては、現像ロ
ーラ５より成るトナー担持体として、微小凹凸を形成し
た導電性の基体表面に誘電層11を積層し、その誘電層表
面をほぼ平滑に形成して、基体表面の微小な凹凸に対応
させて誘電層11の厚みを異ならせたトナー担持体が用い
られている。

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の誘電層11に接触して、これをトナーの帯
電極性と反対の極性（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
述のように誘電層11を負極性に摩擦帯電させる材料によ
って構成すればよい。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ともできる。

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、現像に供給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の誘電層11が、トナー供給ロ
ーラ６と接触し、そ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層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、誘電層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４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、特にその誘電層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の誘電層11は負極性に摩擦帯
電している。一方、この誘電層11の厚みは前述のように
その全体に亘って変化しており、厚みの大なる部分と小
なる部分が混在している。このような厚みの違いによっ
て誘電層11の各部分の静電容量が相違することになり、
これにより誘電層11の表面において、電位差が生じる。
すなわち、第４図に示したように、大なる厚みd₂の部分
における誘電層11の表面と、小なる厚みd₁の部分におけ
る誘電層11の表面とに大きな電位差ができ、これらの間
に閉電界が形成される。導電性ローラ10の表面には無数
と言える程多数の凹凸が形成され、これに応じて、現像
ローラ５の表面近傍に微小閉電界（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、該ローラ５の表面の近傍に
閉電界が形成されるのである。このようなに電界傾度の
大なる電界が現像ローラの表面近傍に形成される。な
お、本例では導電性ローラ表面の凹凸がランダムに形成
され、これに応じた閉電界が形成される。

上述のように、本例の現像装置２には、現像ローラ５
より成るトナー担持体の誘電層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閉電界
を形成し、静電潜像の可視像化に用いられる帯電トナー
を、閉電界によってトナー担持体表面に付着される帯電
手段が設けられ、図示した例では、前述のトナー供給ロ
ーラ６によって、その帯電手段が構成されている。

導電性ローラ10の表面の凹凸は大変微小であるため、
各微小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、誘電層
11、特にその厚みの厚い部分の表面に強く引かれ該ロー
ラ５上に多量に離れ難い状態で保持される。このよう
に、均一な厚さの誘電層を積層して成る従来の現像ロー
ラに比べて、多量のトナーをローラ表面に付着させ、多
層のトナーを担持させることができる。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、帯電量の小なるトナ
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、いずれにしても閉電界が存在する
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。

現像ローラ５上に最適な帯電量のトナーを最適量担持
されるため、誘電層11の厚みを５乃至500μｍとし、そ
の厚みが厚い部分と薄い部分の厚みの比、すなわち第３
図に示した厚みd₂とd₁の比d₂/d₁を２以上（d₂≧２×
d₁）に設定することが望ましい。同様に、第３図に示す
如く、導電性の基体表面、図の例では導電性ローラ10の
表面の凹凸の凸部の高さＨと、互いに隣り合う凸部の頂
部間の間隔Ｄが５乃至100μｍとなるように、凹凸を形
成することが有利である。

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倍程度に設
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像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程のトナーを付着さ
せなければならず、従来公知の現像装置ではこれに対応
することはできなかった。

ところが、第１図に示した現像装置では、可視像の地
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、誘電層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
層11を帯電させ、特に誘電層11の厚みの薄い部分の表面
上に多量のトナーを付着させることもできる。

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、トナーの帯電極性、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、現像ローラ５の好ましい製造方法を説明する。

先ず、第５図および第６図（ａ）に示すように現像ロ
ーラの素材となる導電性の基体、すなわち導電性ローラ
10を切削などによって加工して製作する。このローラ10
としては、Al、Cu、Fe等の金属製ローラが用いられる。

次にこの導電性ローラ10の表面をサンドブラスト処理
により、或いは溶射によって粗面化し、第６図（ｂ）に
模式的に拡大して示した如き凹凸のある面に加工する。
このときの凹凸の凸部の高さと、隣り合う凸部の頂部間
の間隔は、先に説明したように５乃至100μｍ程度であ
る。溶射とは、溶融状態の金属をエアによって導電性ロ
ーラ10の表面に吹きかけ、これを固化させてその表面に
微小な凹凸を形成する方法である。この方法によれば、
溶射した金属によって導電性の基体表面が得られるの
で、これを支持する基体として、必ずしも導電性のロー
ラを用いる必要はなく、場合によっ絶縁体等の基体ロー
ラを用いてもよい。この場合には完成した現像ローラを
使用するとき、溶射により得た金属層をアースし、或い
は所定のバイアス電圧を印加することができる。

上述のように表面をあらした導電性ローラ10の表面
に、第６図（ｃ）に示すように例えばフッ素系樹脂より
成る誘電物質11aをコーティングし、表面の凹凸を誘電
物質11aによって完成に埋め、これを乾燥固化させる。
誘電物質としては、例えば旭硝子社製のルミフロンLF20
0を使用し、これを導電性ローラの凹凸表面にスプレー
コートし、しかる後これを100℃で約30分乾燥すること
ができる。

最後に、硬化した誘電物質11aの表面を、第６図
（ｄ）に示す如く導電性ローラ10の導電表面が露出しな
いように、切削又は研磨する。これによって表面がほぼ
平滑で、全体に亘って厚みが変化した誘電層11を有する
現像ローラ５が完成する。

ベルト状のトナー担持体を製作するときは、上述の導
電性ローラ10の代りに導電性のシートより成る基体の表
面をあらすか、適宜の材質のシートの上に金属を溶射
し、得られた導電性の基体表面に誘電物質をコートし、
その硬化後、表面を切削又は研磨すればよい。

上述の方法によれば、簡単かつ低コストで所定のトナ
ー担持体を製造できる。

以上説明した実施例では、導電性ローラ10やシート等
の導電性基体表面に、サンドブラストや溶射により凹凸
を形成したが、これに代え、ローレット加工又はその他
の手段によって、導電性基体表面に規則内又は不規則な
微小な多数の凹凸を形成することもできる。

なお、第１図および第２図に示した実施例では、誘電
層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
いられる帯電した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〕

以上の如く、本発明によればトナー担持体上に充分に
帯電した非磁性トナーを必要量担持させ、これによって
高品質な可視像を形成することが可能となった。

【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図は導
電性ローラ表面の凹凸と誘電層とトナー粒子を模式的に
拡大して示した説明図、第３図は同じく誘電層や凹凸を
模式的に拡大して示した現像ローラの断面説明図、第４
図は現像ローラ表面の近傍に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），（ｄ）は現像ローラの
製造方法の一例を示す模式拡大断面図である。 ２……現像装置、４……トナー、９……現像領域 11……誘電層、d₁,d₂……厚み、Ｈ……高さ、Ｄ……間
隔

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー担持体に非磁性トナーを供給し、該
   トナー担持体の表面に前記トナーを担持して搬送し、潜
   像担持体と前記トナー担持体が互いに対向した現像領域
   にて、該潜像担持体に形成された静電潜像をトナー担持
   体に担持した前記トナーによって可視像化する現像装置
   において、 前記トナー担持体として、微小凹凸を形成した導電性の
   基体表面に誘電層を積層し、該誘電層表面をほぼ平滑に
   形成して、前記基体表面の微小な凹凸に対応させて誘電
   層の厚みを異ならせたトナー担持体を用い、 前記誘電層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閉電界を形成し、静電潜像の
   可視像化に用いられる帯電トナーを、前記閉電界によっ
   てトナー担持体表面に付着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】前記誘電層の厚みが５乃至500μｍであ
   り、その厚みの厚い部分と薄い部分との厚みの比を２以
   上とし、導電性の基体表面の凹凸の凸部の高さと、互い
   に隣り合う凸部の頂部間の間隔を５乃至100μｍとした
   請求項１記載の現像装置。