JP2961815B2 - 現像剤担持体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転駆動される現像剤担持体に、必要に応
じて補助剤を外添した非磁性一成分系現像剤を供給し、
該現像剤担持体の表面に前記現像剤を担持して搬送し、
潜像担持体と前記現像剤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現像剤担
持体に担持された前記現像剤によって可視像化する画像
形成方法に用いる現像剤担持体に関するものである。

〔従来の技術〕

潜像担持体に静電潜像を形成し、これを現像剤によっ
て可視像化して記録画像を得る電子複写機、プリンタ或
いはファクシミリ等の画像形成装置では、粉体状の現像
剤を用いる乾式の現像装置が広く採用されている。

かかる粉体状の現像剤としては、トナーとキャリアを
有する二成分系現像剤と、キャリアを含まない一成分系
現像剤とが公知であり、前者の二成分系現像剤を用いた
二成分現像方式は、比較的安定した良好な記録画像が得
られる反面、キャリアの劣化やトナーとキャリアの混合
比の変動が発生しやすく、装置の維持管理が煩雑で、装
置全体の構造が大型化しやすくなる欠点を有している。

このような観点から、上述の欠点を有しない一成分系
現像剤を用いた一成分現像方式が注目されている。一成
分系現像剤は、トナーのみから成るものと、これに必要
に応じて補助剤を外添したトナーと補助剤を混合したも
のとがある。またトナーとしては、その各トナー粒子自
体に磁性粉を練り込んだ磁性トナーと、磁性体を含まな
い非磁性トナーとがある。

ここで、磁性体は一般に不透明であるため、フルカラ
ーやマルチカラーを含めたカラー画像を磁性トナーによ
って形成すると、現像された可視像が不鮮明となり、鮮
やかなカラー画像を得ることはできない。従って、特に
カラー現像に対しては、非磁性トナーを用いた一成分現
像方式を採用することが望ましい。

ところで、一成分現像方式を採用した現像装置におい
ては、一成分系現像剤を現像剤担持体に担持させて搬送
し、この現像剤担持体と潜像担持体とが互いに対向した
現像領域において、潜像担持体に形成された静電潜像を
現像剤によって可視像化しているが、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
を現像領域に搬送し、かかるトナーによって潜像を可視
像化する必要がある。

磁性トナーを用いた場合には、現像剤担持体に内設し
た磁石の磁力を利用して、該担持体にこの一成分系現像
剤を担持できるので、上述の要求を比較的容易に満たす
ことが可能である。

ところが、非磁性の一成分系現像剤を用いたときは、
これを磁力によって現像剤担持体に担持させることはで
きないため、上述の要求を満たすことは難しい。これに
対する対策も従来より各種提案されており、例えば特開
昭61−42672号公報には、現像剤担持体（現像ローラ）
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現像剤供給部材を
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、かかる一成分系現像剤を現像
領域に搬送する方法が提案されている。しかし、この方
法によっても、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、現像ローラの表
面に多量のトナーを担持させることは難しく、現像領域
へ搬送できる現像剤量が不足し、高濃度の可視像を形成
することは困難である。

また、現像ローラと現像剤供給部材の間に、非磁性ト
ナーが現像ローラ側へ静電的に移行する向きの電界を印
加する構成も公知であるが、このような構成を付加して
も、現像ローラへ充分な量のトナーを付着させることは
難しい。

なお、トナー供給部材としては、10²〜10⁶Ω・cmの導
電性発泡体（特開昭60−229057号公報）、スキン層付弾
性体（特開昭60−229060号公報）及びファーブラシ（特
開昭61−42672号公報）等を使用することが提案されて
おり、また現像ローラとしては、表面に凹凸を有する金
属体（特開昭60−53976号公報）、絶縁被覆ローラー体
（特開昭55−46768号公報）中抵抗体被覆ローラ（特開
昭58−13278号公報）及び絶縁体と導電面を持つ電極ロ
ーラ（特開昭53−36245号公報）等が開示されている。

また、非磁性一成分現像剤を用いる現像装置におい
て、特開昭60−229057号公報ではスポンジローラ、特開
昭62−229060号公報では弾性ローラ、特開昭61−52663
号公報ではファーブラシ等を用いて、トナーと補給部材
との摩擦帯電でトナーに電荷を付与し、更に現像ローラ
との接触においての摩擦により、現像ローラへトナーを
静電的に付着させ、更にブレード等の層厚規制部材を用
いて、トナー層を制御して感光体の潜像を現像する。現
像ローラの材料としては、絶縁性のもの、中抵抗のも
の、積層のものなど各種のものが用いられている。

これらの引例で示されている方式によると、現像ロー
ラへのトナー付着は、トナー補給部材と現像ローラとの
摩擦帯電によって行なわれるが、トナーの付着した部材
で摩擦するため、充分な帯電が得にくく、効果的にトナ
ー付着が不足してしまう。非磁性一成分現像方式での最
適付着量と帯電量について説明すると、次のようにな
る。

白黒用では、帯電量が重視され、それは一般的に10〜
20μC/gである。この値より小さいと、地汚れ、シャー
プ性などの画質面で劣るものとなる。また、付着量に関
しては、現像ローラ上の付着量は0.1〜0.3mg/cm²である
が、転写紙上には0.4〜0.5mg/cm²が必要であり、現像ロ
ーラのスピードを感光体のスピードの３〜４倍にするこ
とによって、トナーの付着量をカバーしている。ただ、
３〜４倍の現像ローラの回転には、“トナー後端より”
という現像、すなわちベタ部を現像した場合、画像の後
端部の濃度が高くなるという現象を、発生するという問
題がある。この現象を防ぐには、現像ローラのスピード
を感光体のスピードに近ずけることである。つまり、現
像ローラ上の付着量を多くして、回転数を小さくしなけ
ればならない。

一方、カラートナーでは、その色特性は黒トナーに比
べて着色度が小さく、また“トナー後端より”を改良し
ようとすると、黒トナーに比べ更に多い0.8〜1.2mg/cm²
という現像ローラ上の付着量が必要になる。また、帯電
量に関しては、安定した画像を得るためには、５〜20μ
C/g（好ましくは10〜15μC/g）の値が望まれる。

これらの問題点を解消する方法として、本発明者ら
は、先に「回転駆動される現像剤担持体に、必要に応じ
て補助剤を外添した非磁性トナーより成る一成分系現像
剤を供給し、該担持体の表面に前記現像剤を担持して搬
送し、潜像担持体と前記現像剤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現
像剤担持体に担持された前記現像剤によって可視像化す
る現像方法において、前記現像剤担持体の表面に選択的
に電荷を保持させることにより該担持体表面の近傍に多
数の微小閉電界を形成し、この閉電界により帯電トナー
を吸引し、現像剤を現像剤担持体表面に付着させて担持
し、該担持現像剤によって静電潜像を可視像化する画像
形成方法」を提案した。

かかる方法は、現像剤担持体の表面の近傍に多数の微
小閉電界（マイクロフィールド）が形成されるので、そ
の電界強度を従来よりも著しく増大させることができ、
充分に帯電した多量の非磁性トナーを現像剤担持体に担
持して現像領域に搬送できるといった多くの利点を有す
るものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ただ、前記のような現像剤担持体表面の近傍に多数の
マイクロフィールドが形成される画像形成方法において
も、現像剤担持体には多くの部材、例えばトナー供給部
材、トナー層厚規制部材、（接触現像時には）感光体等
が当接されており、現像装置の駆動の際に、現像剤担持
体は上記各部材と摺擦する。

現像剤担持体の表面の摩耗が大きいと、長期の繰り返
しの使用によって各当接部材特にトナー層厚規制部材と
の当接圧等に変化が生じ、所望のトナー付着量及びトナ
ー帯電量が得られなくなる上、前記誘電体部と導電体部
との表面平滑性が損なわれ、画像ムラや濃度ムラ等が生
じる。

従って、本発明の目的は、前記の画像形成方法におい
て、耐摩耗性等の耐久性が向上し、長期の使用によって
も安定なトナー付着量及びトナー帯電量が得られると共
に高品質の複写画像を与える現像剤担持体を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、鋭意検討した結果、誘電体部あるいは
導電体部の少なくとも一方にビッカース硬度100kg/mm²
以上の材料を含有させた現像剤担持体が、上記目的に適
合することを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、現像剤担持体が、誘電体
部と導電体部を表面に分布させたものであって、トナー
供給部材により誘電体部を摩擦帯電させて現像剤担持体
の表面上に、選択的に電荷保持させることにより、現像
剤担持体表面近傍に多数の微小閉電界を形成し、この現
像剤担持体上に、必要に応じて補助剤を外添したトナー
よりなる非磁性−成分系現像剤を前記現像剤担持体に当
接した供給トナー供給部材により供給し、前記微小閉電
界により前記現像剤を現像剤担持体表面に担持させ、該
担持現像剤によって静電潜像を可視像化する画像形成方
法に用いる現像剤担持体であって、その表面に誘電体部
と導電体部とが微小面積で混在してなり、しかもこれら
の少なくとも一方にビッカース硬度100kg/mm²以上の材
料を含有させたものであることを特徴とする現像剤担持
体。が提供される。

また、本発明によれば、前記現像剤担持体が、誘電部
と導電部を表面に分布させたものであって、前記誘電部
を帯電して電荷を保持させ、前記導電部を、この誘電部
の電荷に対応して生じる静電誘導により前記電荷と逆極
性でかつ前記電荷に対応した量に帯電させて前記現像剤
担持体の表面に電荷配置を形成し、この電荷間に多数の
微小電界を形成したことを特徴とする前記現像剤担持体
が提供される。

本発明の現像剤担持体を用いる画像形成方法は、現像
剤担持体表面の近傍に多数の微小閉電界が形成されるの
で、その電界強度を従来よりも著しく増大させることが
できる上に、誘電体部もしくは導電体部の少なくとも一
方にビッカース硬度100kg/mm²以上のものを用いたこと
から、耐摩耗性が向上し、その結果長期間安定して、充
分に帯電した多量の非磁性トナーを現像剤担持体に担持
して現像領域に搬送でき、高品質の複写画像を与える。

以下、かかる画像形成方法について説明する。

第１図にこの画像形成方法の実施に有用な代表的な現
像装置の現像剤担持体部を中心とした概要を示す。第１
図において、トナータンク70に内蔵されているトナー60
は、撹拌羽根（トナー供給補助部材）50によりトナー供
給部材（スポンジローラ又はファーブラシなど）40に強
制的に寄せられ、トナー60はトナー供給部材40に供給さ
れる。一方、現像を終了した本発明の現像剤担持体（現
像ローラ）20は、矢印の方向に回転（例えば400rpm）
し、トナー供給部材40との接触部に至る。トナー供給部
材40は現像剤担持体20と逆方向に回転（例えば300rpm）
し、現像剤担持体20とトナー60に帯電を与え、現像剤担
持体20上にトナー60を付着される。更に現像剤担持体20
は回転し、現像剤担持体20上の付着トナーは、トナー層
厚規制部材（弾性ブレード）30により、厚みを制御され
ながら帯電も安定化され、現像領域80に達する。現像領
域80において、接触又は非接触現像により、潜像が現像
される。ここで必要に応じて、現像剤担持体20、トナー
供給部材40に直流、交流、直流重畳交流、パルスなどの
バイアスなどを印加して、最適な画像を制御することが
できる。

次に、このタイプ（電極タイプ）の現像剤担持体20へ
のトナー付着のメカニズムについて説明する。現像剤担
持体20の例としては、たとえば第２図に示されるよう
に、その表面に誘電体部と導電体部とが微小面積で混在
するように構成されている。面積の大きさは、形状が円
形であるとした場合、径が10〜500μｍの大きさの微小
面積がランダムに又はある規則にしたがって分散してい
る。面積比としては、絶縁部の面積が20〜60％の範囲が
好ましい。

トナー付着は次のようになる。まず、現像を終了した
現像剤担持体20は、矢印の方向に回転してトナー供給部
材40と接触する。ここで現像しなかった非画像部の残ト
ナーは、トナー供給部材40により機械的、電気的にかき
とられ、誘電体部は摩擦によって帯電する。このとき前
の現像による現像剤担持体20とトナーの電荷は、摩擦に
より一定化され、初期化される。次に、供給部材40によ
って運ばれたトナーは、摩擦により帯電し、現像剤担持
体20の誘電体部に静電的に付着する。このときの極性
は、感光体電荷に対してトナーは逆極性にまた現像剤担
持体20の誘電体部は同極性となる。このときの現像剤担
持体20上の電界は、第２図に示されるようにマイクロフ
ィールド（閉電界）となり、電界傾度の大きい電界とな
って、トナーを多層に付着させることが可能となる。ま
た、付着したトナーは閉電界となっているので、現像剤
担持体20側に強く引かれ離れにくい状態となる。

このトナー層は、更にトナー層厚規制部材30によりト
ナー層厚が制御され、現像領域80に達する。現像領域80
での現像剤担持体20と静電潜像担持体（感光体）10間の
電界は、電極効果が大きくなり、現像剤担持体20上のト
ナーは静電潜像担持体10に付着し易い電界となり、現像
が行なわれる。

次に、本発明の現像剤担持体について説明する。

本発明の現像剤担持体は前記したようにその表面の誘
電体部と導電体部の少なくともどちらか一方にビッカー
ス硬度100kg/mm²以上の材料を含有させたことを特徴と
する。

ビッカース硬度が100kg/mm²以上を示す材料として
は、各種金属、合金あるいはAl₂O₃、Al₂O₃−TiO₂、Ti
O₂、Cr₂O₃、Al₂O₃−SiO₂、TiN、Si₃N₄、SiC等のセラミ
ックなどが挙げられる。

本発明者らの研究によれば、誘電体部あるいは導電体
部の少なくとも一方に、ビッカース硬度が100kg/mm²以
上の材料を含有させると現像剤担持体表面の摩擦特性が
改善され、耐摩耗性が著しく向上することが知見され
た。

本発明において、現像剤担持体を構成する誘電体とし
て用いる基本材料としては、アルキッド樹脂、塩素化ポ
リエーテル、塩素化ポリエチレン、エポキシ樹脂、フッ
素樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド、ポリカーボネー
ト、ポリエチレン、メタクリル樹脂、ポリプロピレン、
ポリスチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩
化ビニリデン、シリコーン樹脂等の樹脂や、ブタジエン
ゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴ
ム、クロロプレンゴム、塩素化ポリエチレン、エピクロ
ルヒドリンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、シリコ
ーンゴム、フッ素ゴム等のゴムなどが挙げられるが、耐
熱性、耐湿性の観点からみてシリコーン樹脂、フッ素系
樹脂の使用が好ましい。

誘電体部の表面の少なくとも一部がビッカース硬度が
100kg/mm²以上となるような構成とするには、前記ビッ
カース硬度が100kg/mm²以上の金属、合金、セラミック
ス類を上記のような誘電体として用いられている基本材
料に含有させればよい。

また、導電体部の表面の少なくとも一部がビッカース
硬度100kg/mm²以上となるような構成とするには、ビッ
カース硬度が100kg/mm²以上の金属、合金、セラミック
ス等を現像担持体の芯金材料とする方法、あるいは、前
記の誘電体材料として例示された樹脂やゴムに、カーボ
ンや金属微粒子などの導電性粒子を添加し、導電化した
ものに、前記ビッカース硬度が100kg/mm²以上のセラミ
ックス類を含有させたものを芯金材料とする方法が採ら
れる。

本発明の現像剤担持体を作製するには、例えば、 （Ａ）（ｉ）まず、表面にアヤメローレッド加工等によ
り溝加工を施したビッカース硬度100kg/mm²以上の金属
ローラを作製し（この場合、Ｖ溝は0.1〜0.5mmピッチと
し、ローラ長手方向に対して、約45゜の角度に加工す
る）〔参照；第３図（ａ）〕、（ii）次にＶ溝加工した
金属表面に、誘電体材料を、スプレー、ディッピングな
どの方法によりコーティングし、所定の条件により硬
化、乾燥し（塗布厚みはＶ溝が完全に埋まる状態にす
る）〔参照；第３図（ｂ）〕、（iii）続いてローラの
表面を切削又は研磨加工により導電面と誘電面が微小面
積で混在するように削り、導電部面積が20〜60％になる
ように削る〔参照；第３図（ｃ）〕という方法。

（Ｂ）（iv）まず、表面にアヤメローレッド加工等によ
り溝加工を施した金属ローラを作製し（この場合、Ｖ溝
は0.1〜0.5mmピッチとし、ローラ長手方向に対して、約
45゜の角度に加工する）〔参照；第３図（ａ）〕、
（ｖ）次にＶ溝加工した金属表面にビッカース硬度100k
g/mm²以上の材料を含有させた誘電体材料を、スプレ
ー、ディッピングなどの方法によりコーティングし、所
定の条件により硬化、乾燥し（塗布厚みはＶ溝が完全に
埋まる状態にする）〔参照；第３図（ｂ）〕、（vi）続
いてローラの表面を切削又は研磨加工により導電面と誘
電面が微小面積で混在するように削り、導電部面積が20
〜60％になるように削る〔参照；第３図（ｃ）〕という
方法が採用される。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。な
お、部は重量部を表わす。

実施例１ 誘電体材料 フッ素樹脂 200部 （商品名ルミフロンLF200;旭硝子社製） コロネート EH（50キシレン溶液） 20部 トルエン 100部 キシレン 100部 上記処方の材料を用い、次の要領により現像剤担持体
（現像ローラ）を作製した。

（ｉ）ビッカース硬度600kg/mm²の鋼からなる金属ロー
ラ表面にアヤメローレット加工により、Ｖ溝を設けた。
Ｖ溝は0.2ピッチとし、ローラ長手方向に対して約45度
に加工した。

（ii）Ｖ溝加工したローラ表面に、上記誘電体材料をコ
ーティングし、100℃/1時間の条件で硬化、乾燥した。
塗布厚みは溝が完全に埋まる状態とした。

（iii）ローラの表面を研磨し、導電面と誘電面が微小
面積で混在するようにして導電部面積を50％とした。

実施例２ 予め導電プライマー（トーレシリコーン社製:DY39−0
11）が塗布された芯金上に下記のローラ形成成分を １次加硫:170℃/10分、120kg/cm² ２次加硫:200℃/4時間 の条件下でプレス成形した。

〔ローラ形成成分〕

メチルビニルポリシロキサン 100部 カーボン（ケッチェンブラックEC） ５部 石英 20部 PZT（52/48）（住友セメント（株）） 100部 架橋剤 ２部 （2,4−ジメチル−2,4−ジ・ターシャリブチルパーオキ
シヘキサン；トーレシリコーン社） 上記混合物を２本ロールで混練したもの 成形後、表面研磨し、セラミック（PZT）による誘電
部と導電部が混在するようにして本発明の現像剤担持体
（現像ローラ）を作製した。

なお、PZTはビッカース硬度1320kg/mm²を有するセラ
ミックの微粒子である。

比較例 予め導電プライマー（トーレシリコーン社製:DY39−0
11）が塗布された芯金上に下記のローラ形成成分を １次加硫:170℃/10分、120kg/cm² ２次加硫:200℃/4時間 の条件下でプレス成形した。

〔ローラ形成成分〕

メチルビニルポリシロキサン 100部 カーボン（ケッチェンブラックEC） ５部 石英 20部 架橋剤 ２部 （2,4−ジメチル−2,4−ジ・ターシャリブチルパーオキ
シヘキサン；トーレシリコーン社） 上記混合物を２本ロールで混練したもの 成形後、アヤメローレット加工により、実施例１と同
様なＶ溝を形成した。

ついで、Ｖ溝加工した表面に実施例１で用いた誘電体
材料をコーティングし、以下実施例１と同様な手法によ
り比較用の現像ローラを作製した。

〔評 価〕

トナー付着量・帯電量 各現像ローラを第１図に示される現像装置に装着し、
現像ローラ10回転後と１万枚複写後のローラ上のトナー
付着量とトナー帯電量を測定した。それらの結果を第１
表に示す。

なお、上記現像装置において、トナー層厚規制部材は
ウレタンゴム製のものを、トナー供給部材は導電性ウレ
タンスポンジ製のものを、トナーは正帯電トナーを、装
填した。

現像ローラの摩耗性 前記と同様の現像装置及びトナーを用いて、200時間
空回し後の各現像ローラの摩耗量を、現像ローラの直径
を測ることによって測定した。なお、ローラの直径はレ
ーザーマイクロゲージ（DT−4002A;岩通エレクトロニク
ス社製）により測定した。その結果を第１表に示す。

画像評価 前記と同様の現像装置及びトナーを用いて１万枚複写
時の画像を目視で評価した。

第１表の結果から、本発明の現像ローラを用いること
により、充分なトナー付着量及びトナー帯電量が得られ
ると共に、現像ローラの摩耗性が減少し、また高品質の
画像が得られることが判る。

〔発明の効果〕

本発明の現像剤担持体は、その表面に導電体部と誘電
体部とが微小面積で混在し、しかもその少なくともどち
らか一方にビッカース硬度が100kg/cm²以上の材料を含
有させるという構成にしたことから、現像剤担持体の表
面上に、選択的に電荷を保持させることにより、現像剤
担持体表面近傍に多数の微小閉電界を形成し、この現像
剤担持体上に、必要に応じて補助剤を外添したトナーよ
りなる非磁性一成分系現像剤を供給し、前記微小閉電界
により前記現像剤を現像剤担持体表面に担持させ、該担
持現像剤によって静電潜像を可視像化する画像形成方法
に、本発明の現像剤担持体を用いると、充分に帯電した
多量の非磁性一成分系現像剤を現像剤担持体に担持して
現像領域に搬送することができ、しかも他の当接部材と
の摺擦力が緩和でき、耐摩耗性すなわち耐久性が向上す
る。その結果、長期にわたって高濃度の高品質画像を安
定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に有用な現像剤担持体上にマイク
ロフィールドの電界を形成させた現像装置の一例を示す
現像剤担持体部を中心とした模式断面図である。また、
第２図は第１図で示される装置において、現像剤担持体
上にマイクロフィールドによる閉電界が生成している状
態を説明するための模式断面図である。 更に、第３図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の現像剤担持体
の作製過程における表面状態を示す模式断面図である。 10……静電潜像担持体、20……現像剤担持体、 30……トナー層厚規制部材、40……トナー供給部材、 50……撹拌羽根、60……トナー、70……トナータンク、 80……現像領域。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−62469（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−54150（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 15/08

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】現像剤担持体が、誘電体部と導電体部を表
   面に分布させたものであって、トナー供給部材により誘
   電体部を摩擦帯電させて現像剤担持体の表面上に、選択
   的に電荷保持させることにより、現像剤担持体表面近傍
   に多数の微小閉電界を形成し、この現像剤担持体上に、
   必要に応じて補助剤を外添したトナーよりなる非磁性−
   成分系現像剤を前記現像剤担持体に当接した供給トナー
   供給部材により供給し、前記微小閉電界により前記現像
   剤を現像剤担持体表面に担持させ、該担持現像剤によっ
   て静電潜像を可視像化する画像形成方法に用いる現像剤
   担持体であって、その表面に誘電体部と導電体部とが微
   小面積で混在してなり、しかもこれらの少なくとも一方
   にビッカース硬度100kg/mm²以上の材料を含有させたも
   のであることを特徴とする現像剤担持体。