JP3007671B2 - 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、複写機やファクシミリ等の画像形成装置に
おける現像装置に関し、さらに詳しくは、非磁性の一成
分系現像剤を表面に担持して搬送する構造に関する。

（従来の技術） 周知のように、複写機やファクシミリ等の画像形成装
置にあっては、露光行程によって潜像担持体である感光
体上に形成された静電潜像を現像剤により可視像処理す
ることが行われる。

このため、現像部においては、例えば、乾式現像剤を
用いる場合でいうと、表面に現像剤を担持した現像スリ
ーブを感光体に近接させ、表面の現像剤を感光体上の静
電潜像に対して静電吸着させるようになっている。

そして、上述した現像剤としては、誘電体粒子からな
るトナーをキャリア等の担持体に付着させた二成分系現
像剤あるいは、上述したキャリアを用いない一成分系現
像剤がある。

これら現像剤のうち、二成分系現像剤は、例えば、磁
性現像剤である場合には、トナーに対するキャリアの保
持性が良いことから比較的安定したトナーの供給が行
え、これによって画像濃度を安定させるに必要なトナー
の供給制御が簡単に行える利点がある反面、キャリアの
劣化やトナーとの混合比が変化しやすいために、現像剤
の特性管理が面倒であったり、トナーの補給部を付設す
ることから現像装置が大型になるという欠点を招くもの
であった。

一方、これに対して一成分系現像剤は、キャリアを含
まないので上述した欠点がなく都合が良い。

そして、この一成分系現像には、トナーのみのもの
と、必要に応じて補助剤を添加したものあるいは補助剤
を混合したものがあり、また、トナーとしては、トナー
粒子自体に磁性粉を練り込んで内包した磁性トナーある
いは磁性体を含まないものとに区別される。

上述した一成分系現像剤の区別はその現像剤の用い方
に違いがあり、例えば、マルチカラーやフルカラー等の
カラー画像を得ようとする場合には、磁性体を含む一成
分現像剤であると、磁性体が一般に不透明であるので、
形成された画像が不鮮明になって鮮やかな画像を得るこ
とが難しくなるために用いられず、磁性体を含まない、
所謂、非磁性トナーからなる一成分系現像剤を用いられ
る。

ところで、このような一成分系現像剤を用いて感光体
上の静電潜像の可視像処理を行う場合を検討してみる
と、感光体上の静電潜像への現像剤の付着を良好にする
には、現像剤中のトナーを十分に帯電させて静電潜像と
の間の静電吸着を良好に行わせることが画像濃度の安定
化のために必要である。

これに関し、磁性トナーを用いた場合には、現像剤担
持体との間で磁力によりトナーを担持させることができ
るので、帯電電荷の損失を生じることなく感光体上の静
電潜像にトナーを対向させることができるが、磁性体を
含まない非磁性トナーからなる一成分系現像剤を用いた
場合には、上述した状態が得られない。

そこで、従来では、現像剤の帯電効率を上げるため
に、現像剤担持体である現像ローラの表面に誘電層を設
け、この誘電層に対して例えばスポンジローラ等の現像
剤供給部材を圧接させ、これら両者を互いに異極性に摩
擦帯電させることでこの誘導層と逆極性に帯電した非磁
性トナーを静電的に付着させて感光体上の静電潜像との
接触部に搬送する構造が提案されている（例えば、特開
昭61−42672号公報）。

しかしながら、このような構造にあっては、一様表面
を呈する誘電層近傍に形成される電界の強さを十分高め
ることができず、換言すれば、トナーへの電荷注入が十
分でなく、結果として、現像ローラ表面に多量の現像ト
ナーを担持させることが難しく、これにより感光体上で
の単位面積あたりの付着量が少ないことにより高濃度の
可視像を得ることが困難であった。

また、このような構造において、上述した現像ローラ
と現像剤供給部材と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付与する構造や、上述
した現像剤供給部材の材質を10²〜10⁶Ω・cm程度の誘電
性発泡体で構成したり（例えば、特開昭60−229025号公
報）、スキン層付き弾性体あるいはファーブラシを用い
た構造としてトナーの帯電効率を改善するようにするこ
とが提案されている（例えば、特開昭60−229060号公
報、特開昭61−42672号公報）。

さらに、上述した現像ローラの構成として、表面に凹
凸を有する金属体としたもの（例えば特開昭60−53976
号公報）、あるいは絶縁被覆ローラ体または中抵抗被覆
ローラとしたもの（例えば特開昭55−46768号公報、特
開昭58−13278号公報）、そして、絶縁体と導電面とを
持つ電極ローラとして上述した場合と同様にトナーの帯
電効率を改善しようとするものが提案されている（例え
ば、特開昭53−36245号公報）。

しかしながら、このような構造においても、トナーの
帯電量を十分なものとすることができず、高い帯電量の
トナーを現像ローラへ付着させることが難しく、結果的
には、感光体上の静電潜像へのトナーの供給量が不足し
がちであることは否めなかった。

ところで、上述した一成分系現像剤を用いる場合、感
光体上へのトナーの付着量について、次のような供給が
ある。

すなわち、白黒画像を得る際には、帯電量が重視さ
れ、一般的に10〜20μC/gの帯電量が必要とされてお
り、この値よりも小さい場合には、地汚れや画像のシャ
ープ性等の画質面で劣ることになる。また、付着量に関
していうと、現像ローラ上の付着量としては、0.1〜0.3
mg/cm²とされているが、転写紙上には0.4〜0.5mg/cm²が
必要であるため、この付着量を得るには、現像ローラの
回転速度を感光体の回転速度に比して３〜４倍にして現
像ローラからのトナーの供給回数を増やすことが必要に
なる。しかし、このように現像ローラの回転速度を上げ
た場合には、画像中のベタ部を現像したときに画像後端
部の濃度が他の部分よりも高くなるという現象が生じる
ことがある。従って、このような回転速度によるトナー
の供給制御では、画像濃度にムラが生じて画像品質を低
下させてしまうことになる。このことから、画像後端の
濃度が異なる現象をなくすには、現像ローラの回転速度
を感光体の回転速度に近付けること、換言すれば、現像
ローラ上での現像剤の担持量を増やすことがどうしても
必要になる。

一方、カラートナーでは、その色特性は黒トナーに比
べて着色度が小さいために、また、画像後端の濃度上昇
を抑えるためには、黒トナーに比べてさらに多い量の0.
8〜1.2mg/cm²程度の付着量が必要とされる。また、これ
とは別に、帯電量に関しては、安定した画像を得るため
に５〜20μC/g（好ましくは10〜15μC/g）が必要とされ
ている。

そこで、このようなトナーの付着量に影響する帯電量
を設定するために、現像担持体の表面に選択的に電荷を
保持させることによって、表面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したトナーを吸引して
表面に担持して搬送する構造が提案されている。この構
造によれば、現像剤担持体の表面近傍に多数の微小閉電
界（マキロフィールド）が形成されることで、従来より
も電界強度を増大させて帯電したトナーを大量に担持さ
せて搬送することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような構造とした場合には、その
表面の製造にあたって、金属ローラの微細加工等の特別
な加工が必要となることで現像剤担持体としてコストが
高くなるという問題があった。

しかも、このような構造にあっても、闇雲に微小閉電
界を形成するだけでは帯電したトナーの付着量を増大さ
せる保証はなく、結果として、微小閉電界の機能をトナ
ーの付着量増大のために発揮することができなくなる虞
れがある。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の現像剤担持
体における問題に鑑み、低コストで十分な現像剤の付着
量を得ることのできる構造を備えた現像装置を得ること
にある。

（課題を解決するための手段） この目的を達成するため、静電潜像を担持した静電潜
像担持体とトナーから成る一成分系現像剤を担持した現
像剤担持体とを現像部において対向させ、この現像部に
おいて前記静電潜像を前記現像剤で可視像化する現像装
置において、前記現像剤担持体の表面を導電部と誘電部
が混在する表面とし、かつ、前記現像剤担持体には、前
記現像剤及び前記誘電部に摩擦帯電を起こさせるための
現像剤供給部材を当接させ、前記現像剤供給部材を、摩
擦帯電系列上、前記現像剤及び前記誘電部との中間のポ
テンシャルに設定したことを特徴としている。

また、本発明は、上記誘電部の大きさが円形相当で30
μｍ以上2mm以下としたことを特徴としている。

また、本発明は、上記誘電部の面積が現像剤担持面の
全表面の50〜80％に設定されている構造を備えたことを
特徴としている。

（作 用） 本発明によれば、微小閉電界（マイクロフィールド）
を効率良く形成でき、安定したトナーの付着および帯電
特性が得られる。

（実 施 例） 以下、第１図乃至第４図において本発明実施例の詳細
を説明する。

第１図は、本発明実施例による現像装置の概略構成を
示す模式図であり、同図において、符号１は現像槽を示
している。

すなわち、現像槽１の内部には、潜像担持体であるド
ラム状の感光体２に近接して回転可能な現像ローラ３が
対向配置されていて、両者の対向部を現像部IIとしてい
る。この現像ローラ３の周面の一部には、矢印で示す回
転方向においてその周面の一部が感光体２と対向する位
置よりも上流側に現像剤供給部材である供給ローラ４
が、そして、この供給ローラ４と感光体との対向位置の
間には、表面に担持された現像剤の層厚を規制するドク
ターブレード５がそれぞれ配置してある。

上述した現像ローラ３は、交流電源およびこれに直列
接続された直流電源をもち、これら電源からの電圧印加
により表面に担持したトナーを感光体２に向け反発させ
るとともに、感光体の地肌部に付着している余剰トナー
を吸着回収するようになっている。

また、上述した供給ローラ４は、例えばスポンジロー
ラやファーブラシで構成されたものであって、現像ロー
ラ３の表面に圧接して現像ローラ３と同一方向に回転す
るようになっており、このローラ４の後方に配置してあ
る撹拌羽根６により供給されるトナーを現像ローラ３上
に供給しながら摩擦帯電させるものである。

従って、撹拌羽根６によって撹拌混合されるときに摩
擦帯電したトナーは、供給ローラ４に供給され、現像ロ
ーラ３との間で供給ローラ４により摩擦帯電されて現像
ローラ３の表面に静電的に付着する。そして、現像ロー
ラ３の表面に付着して担持されているトナーは、現像ロ
ーラ３のかいてんによりドクターブレード５と対向して
層厚を規制され、感光体２との対向位置である現像領域
に達する。そして、このトナーを表面に担持した現像ロ
ーラ３は、感光体２と接触若しくは非接触現像によって
トナーを感光体上の静電潜像に静電吸着させる。

上述した供給ローラ４にも、現像ローラ３と同様に直
流電源が接続されており、必要に応じてバイアスを行う
ようになっている。

一方、上述した現像ローラ３は、第２図および第３図
に示すような構成とされている。

すなわち、現像ローラ３の基体3Aは、金属等の導電性
部材で形成されており、この基体3Aの表面には導電部と
なる導電性材料3Bがコーティングされ、この導電性材料
3Bは、この材料3B中に絶縁粒子3Cを分散させることで微
小閉電界（マイクロフィールド）を形成する誘電部3C1
が規則的あるいは不規則的に露出した状態で混在する表
面層とされており、誘電部3C1の大きさが円形相当で30
μｍ以上2mm以下の径に設定されている。

上述した導電性材料3Bとしては、10¹²Ω・cm以下、好
ましくは、10⁸Ω・cmの材料が用いられ、具体的には、
有機ポリマー類に導電性付与剤を添加したものとされて
いる。

そして、この有機ポリマー類としての具体的なものと
しては次に挙げるものがある。

ポリ塩化ビニル、ポリビニルビチラール、ポリビニル
アルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポ
リビニルホルマール等のビニル系樹脂が、そして、ポリ
スチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、アク
リロニトリル−ブタジエン−シチレン共重合体等のポリ
スチレン系樹脂、さらには、ポリエチレン、エチレン−
酢酸共重合体等のポリエチレン系樹脂、およびポリメチ
ルメタクリレート、ポリメチルメタクリレート−スチレ
ン共重合体等のアクリル系樹脂、そのほか、ポリアセタ
クール、ポリアミド、セルロース、ポリカーボネート、
フェノキシ樹脂、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリウレ
タン、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポ
キシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等
のプラストマー材料である。

また、導電性付与剤としては、Ni,Cu等の金属粉やフ
ァーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラッ
ク、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカー
ボンブラック、そして、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化モリ
ブデン、酸化アンチモン、チタン酸カリ等の導電性酸化
物や酸化チタン、雲母上にメッキを施した無電界メッキ
物あるいは、グラファイト、金属繊維、炭素繊維等の無
機系充填剤や界面活性剤が用いられる。

さらに、ポリエチレンオキサイドやポリシロキサン等
のポリマーマトリックスに金属イオンを配位させた有機
イオン伝導体等も用いられる。

一方、上述した絶縁粒子3Cの材料としては、10²³Ω・
cm以上、好ましくは、10¹⁴Ω・cm以上のものが使用され
る。そして、平均粒径としては、30μｍ以上、好ましく
は、50μｍ以上とされる。

そして、この絶縁粒子3Cの具体的な材料としては、ア
ルミナ、ベリリア、窒化珪素、窒化硼素、ムライト、ス
テアタイト、フォルステライト、ジルコン、コージェラ
イト等の無機粒子やエポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコ
ーン樹脂等の有機粒子が用いられる。

また、導電性材料3Bに対する絶縁粒子3Cの添加量は、
導電性材料100重量部に対して100〜400重量部の範囲で
適宜選択されるものであり、さらに、上述した誘電部3C
1の面積は、現像ローラ３の前表面の50〜80％に設定さ
れるのが好ましく、現像ローラ３の製作後、この範囲が
得られるように絶縁粒子3Cの添加量を適宜調整する。

次に、上述した現像ローラ３の作成方法につき説明す
ると、次の通りである。

すなわち、第２図に示した表面状態を呈する現像ロー
ラ３は、前述した導電性材料3Bに絶縁粒子3Cを、ボール
ミル、練り込み等の分散方法に基づいて添加した後、こ
の混合材料を射出成形型、押出し成型、スプレーコーテ
ィング、ディッピング等の工程によりSUS、鉄、アルミ
ニューム等の金属ローラに代表される導電性基体3Aに成
型し、その後、平面が平滑になるように研磨を施すこと
で作成される。

なお、導電性材料3Bと導電性基体3Aとの接着性を良好
にするために、プライマーを用いることも可能であり、
この場合には、プライマー自体も導電性であることが望
ましい。

次に、上述した現像ローラ３の表面を得るための導電
性材料3Bと絶縁粒子3Cとの配合例を示す。

なお、以下の例で部は重量部を表していることを前置
きしておく。

（配合例１） 導電性塗料 100部 （商品名Electrodag440:日本アチソン社製） （固形分70％;Ni粒子含有アクリル樹脂） アクリル粒子 50部 （平均粒径80μｍ） 希釈剤 200部 （商品名SB−1;日本アチソン社製） 上記処方の塗工液を、SUS製金属ローラにスプレーコ
ーティングにより塗工し、80℃/1時間乾燥後、研磨して
膜厚100μｍの現像ローラを作成した。

（配合例２） シリコーン樹脂 100部 （商品名;SR−2411;トーレシリコーン社製） ケッチェンブラックEC 10部 （アクゾシミ−社製） 上記処方により、72時間ボールミリングを行い、カー
ボンブラックマスターバッチを作成した。

そして、このマスターバッチを用いて、 マスターバッチ 100部 シリコーン樹脂 100部 （商品名;SR−2411;トーレシリコーン社製）） 絶縁性シリコーン粒子 50部 （商品名；トリフィルＥ−850;トーレシリコーン社
製）、（平均粒径70μｍ） トルエン 100部 上記処方の塗工液を用いて配合例１と同様にして現像
ローラ３を作成した。

本実施例は以上のような構成であるから、現像槽１内
の撹拌羽根６による撹拌時にはトナーが互いに摩擦する
ことで例えば正極に帯電する。

そして、正極に帯電したトナーは、撹拌羽根６により
供給ローラ４に導かれ、供給ローラ４によって現像ロー
ラ３の表面との間で対向位置での移動方向の違いにより
さらに摩擦帯電する。この時の帯電特性としては、トナ
ーと供給ローラ４との間ではトナーが正極に帯電し、ま
た、トナーと現像ローラ３の誘電部3C1との間ではトナ
ーが正極にそして誘電部3C1が負極に帯電するようにな
っている。一方、供給ローラ４と現像ローラ３の誘電部
3C1との間では誘電部3C1が負極に帯電するようになって
いる。従って、このような帯電特性を得ることができる
ように、一成分系現像剤であるトナーと現像剤担持体で
ある現像ローラ３との帯電系列上のポテンシャルは大き
く隔てた関係に設定されていると共に、現像剤供給部材
である供給ローラ４は、上記帯電系列上、トナーと現像
ローラ３の誘電部3C1との中間のポテンシャルに設定し
ている。

このため、現像ローラ３の誘電部3C1では、トナーと
逆極性に帯電されることでトナーを静電的に吸着するこ
とができ、しかも、トナーの帯電量も、供給ローラ４と
の間で、そして誘電部3C1との間でそれぞれ摩擦帯電さ
れることにより、現像ローラ３上での安定した帯電状態
を得られることで、多層薄層を形成して担持されること
になる。

このような実施例において、本発明者が実験によりト
ナーの付着量を求めたところ、次表のような結果を得
た。

なお、本実施例におけるドクターブレード５は、ウレ
タンゴム製のものを、そして、供給ローラ４は導電性ウ
レタンスポンジを、さらに感光体はOPCを用いた。

上述した結果から明らかなように、いずれの場合にお
いても、白黒用を含む、カラートナーとしての要求され
る帯電量および付着量を満足している。

つまり、上述した結果が得られた原因としては、現像
ローラ３の表面に露出している誘電部3C1の大きさを30
μｍ以下に設定すると、第３図示のように、摩擦帯電時
での微小閉電界（マイクロフィールド）が小さくなりす
ぎてしまい、トナーのトナーの吸引力が小さくなり、安
定したトナーの多層薄層が得られないことを実験により
得たこと、そして、また、2mm以上に大きさを設定する
と、フリンジング効果がなくなることで安定したトナー
の多層薄層を得られなくなることを実験により得たこと
にある。

さらに、高画質の画像を得るためには、画像の後端汚
れ等を生じないようにするために、感光体に対して等速
現像が要求され、このためには、現像ローラ上での付着
ムラのないトナーの多層薄層が要求される。

従って、誘電部面積を現像剤の担持面の全表面の50〜
80％とすることで、トナーの付着には多少のムラが生じ
るものの、エッジ効果による付着面積の増加および現像
部での拡散トナーの転移によりムラの少ない画像が得ら
れることが実験により明らかになったことにある。

なお、上述した実施例にあっては、現像ローラ３の誘
電部3C1の構造として、絶縁粒子3Cを導電性材料3B中に
分散した例を示したが、これに限られず、例えば、第４
図に示すように、導電性基体3A上に導電性粒子（図中、
符号30Bで示す）と絶縁粒子（同図中、符号30Cで示す）
とを付着させて焼結成型し、成型後に研磨することで誘
電部を設けるようにしても良い。

（発明の効果） 以上、本発明によれば、現像剤担持体の表面に導電性
材料中で規則的あるいは不規則的に露出する誘電部を設
け、この誘電部の大きさ、面積を設定することで、誘電
部での微小閉電界を増大させることができるので、現像
剤の吸引力を大きくさせてトナーの付着量を十分なもの
として潜像担持体と現像剤担持体とを等速回転させた場
合のトナーの供給不足をなくすことができる。

また、上述したような現像剤担持体を、特別な加工を
要することなく得られるので、装置のコストを上げるこ
となく十分な現像剤の供給を行える装置を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例による現像装置の概略構成を示す
模式図、第２図は第１図中、符号IIで示す部分の拡大断
面図、第３図は第２図に示した構成による実験結果を説
明するための線図、第４図は第２図に示した部分の構造
の別の例を示す第２図相当の拡大断面図である。 １……現像槽、２……潜像担持体である感光体、３……
現像剤担持体である現像ローラ、3A……導電性基体、3B
……導電性材料、3C……絶縁粒子、3C1……誘電部、４
……現像剤供給部材、II……現像部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−42672（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/08 507

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】静電潜像を担持した静電潜像担持体とトナ
   ーから成る一成分系現像剤を担持した現像剤担持体とを
   現像部において対向させ、この現像部において前記静電
   潜像を前記現像剤で可視像化する現像装置において、 前記現像剤担持体の表面を導電部と誘電部が混在する表
   面とし、かつ、前記現像剤担持体には、前記現像剤及び
   前記誘電部に摩擦帯電を起こさせるための現像剤供給部
   材を当接させ、前記現像剤供給部材を、摩擦帯電系列
   上、前記現像剤及び前記誘電部との中間のポテンシャル
   に設定したことを特徴とする現像装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の現像装置において、 前記誘電部の大きさを円形相当で30μｍ以上2mm以下と
   したことを特徴とする現像装置。
3. 【請求項３】請求項１記載の現像装置において、 前記誘電部の面積が前記現像剤担持体の全表面の50〜80
   ％に設定されていることを特徴とする現像装置。