JP3021074B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転駆動される現像剤
担持体にトナーを供給し、該現像剤担持体の表面に前記
トナーを担持して搬送し、潜像担持体と前記現像剤担持
体が互いに対向した現像領域にて、現像剤担持体表面の
移動方向と順方向に移動する当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したトナーによって
可視像化する現像装置に関する。

【０００２】

【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。

【０００３】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、斯かるトナ
ーによって潜像を可視像化する必要がある。

【０００４】ところが従来のこの種の現像装置によって
は、この要求を満足させることは容易でなく、従来より
その改善が望まれていた。すなわち従来の一成分系現像
剤を用いた現像装置においては、現像剤担持体上に付着
させることのできるトナーの量は、通常０．１乃至０．
３ｍｇ／cm² 程度であるのに対し、黒トナーの場合、転
写紙上に０．４乃至０．５ｍｇ／cm² 程度のトナーを付
着させる必要があるため、トナー量が不足する。またカ
ラートナーを用いた場合には、現像剤担持体上に０．６
乃至１．２ｍｇ／cm² 程度のトナーを付着させる必要が
あり、トナー量不足は一層著しくなる。

【０００５】そこで従来は現像剤担持体の速度を高め、
その線速を潜像担持体の線速の３乃至４倍程度に設定
し、現像領域へ搬送されるトナー量を増大させ、可視像
の濃度低下を防止していた。

【０００６】ところがこの構成によると現像剤担持体の
線速が高まるため、トナーが飛散しやすくなるばかり
か、トナーに作用するストレスが高まり、これが疲労し
やすくなる。しかもトナーが経時的に現像剤担持体に薄
い膜状に付着するトナーフィルミングも発生しやすくな
る。また、特に接触現像を行った場合には、潜像担持体
の横方向のライン像が縦方向のライン像よりも細くな
り、画質が低下する恐れを免れない。さらに、高速画像
形成装置においては、潜像担持体の速度を高める必要が
あるが、このようにすると、現像剤担持体の表面線速を
増々大きなものにしなければならず、斯かる画像形成装
置に従来の現像装置を採用することは困難であった。

【０００７】また現像剤担持体の表面の線速を潜像担持
体の表面の線速の３乃至４倍程度の大きな値に設定する
と、潜像担持体に形成されたベタ画像の該担持体移動方
向の後端側だけが、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」と称せられている現象が発生
し、画質が低下する。この「後端トナー寄り」現象は、
カラー画像の場合、画像濃度が異常に高くなった部分と
他の部分とが色違いとなって現われるため、カラー現像
の場合は特に大きな問題となる。そこでこの現象を防止
すべく、現像剤担持体の表面の線速を潜像担持体の表面
の線速に近づければ、上述のようにトナー量不足を招
き、所定濃度の可視像を得ることができない。更に両者
の線速が等しくなる程、現像剤担持体の回転数を落とす
と、潜像担持体の地肌部に地汚れを生じ、画質が低下す
る等の問題も発生する。

【０００８】現像剤担持体の表面に凹凸を形成し、これ
らの凹凸に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い
るが、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。

【０００９】上述した従来の欠点を除去し、後端トナー
寄り現象の発生を抑え、かつ充分に帯電した多量のトナ
ーを現像領域へ搬送して所定濃度の可視像を得ることの
可能な現像装置として、本出願人は未だ公知ではない
が、現像剤担持体として、その表面に誘電体と導電部を
混在し選択的に電荷を保持せしめることにより該現像剤
担持体表面の近傍に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て該トナーを表面に担持する現
像剤担持体を用い、現像剤担持体の線速をＶ₂ 、潜像担
持体の線速をＶ₁ としたとき、１．０≦Ｖ₂ ／Ｖ₁ ≦
１．５を満たすように、各線速を設定した現像装置を提
案した。

【００１０】表面に誘電体と導電部が混在している現像
剤担持体においては、トナーの付着状態は均一になら
ず、誘電体部の表面に多く付着し、導電部の表面にはト
ナー付着量が少なくなる。このため潜像担持体と現像剤
担持体が表面の線速が同速になるように駆動される場
合、潜像担持体の表面には誘電体と誘電部の分布パター
ンの模様に応じた画像むらが発生するという問題を生じ
る。

【００１１】更に、現像担持体を潜像担持体に接触させ
る現像では、非画像部にもトナー付着が生じ、地かぶり
の発生を避けることができない。然るに、例えば特公昭
４１−９４７５号公報に示されるような、静電潜像の電
界によってトナーを現像剤担持体から潜像担持体に向か
って飛ばして現像する方法を用いると、地かぶりを防止
する点で効果的である。然し、この現像法では静電潜像
の電界によってトナーが現像剤担持体による拘束力に打
ち勝った時に飛行を始めることになり、従って現像担持
体から潜像担持体に現像剤が転移するための閾値が存在
し、その閾値を超える表面電位を有する画像部には現像
剤付着が生じるが、逆に閾値以下の表面電位を有する画
像部には殆ど現像剤付着が生じないので、所謂γの立っ
た階調性の悪い画像になるという不具合がある。

【００１２】この不具合は比較的低周波の交互電界を形
成することにより解決できることが知られているが、交
互電界を連続的に形成すると、現像剤がパウダークラウ
ド化し、画像濃度が低下して画質が低下するという問題
がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解消し、画像濃度の低下を生じることなく、地かぶり
を発生せず、階調性が良く、画像むらのない現像が可能
であり、更に高帯電トナーによりシャープ性がよい均一
な画像を形成できる現像装置を提供することを課題とし
ている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、静電潜像を担持する潜像担持体に現像部において対
向配置され、現像剤を担持する現像担持体を有し、該現
像剤担持体がバイアス印加手段によるバイアス印加の下
で現像を行う現像装置において、前記現像剤担持体の表
面には抵抗と誘電率のいずれかが異なる２種類の表面部
分が規則的に混在し表面に露出しており、又は抵抗と誘
電率のいずれかが異なる２種類の表面部分が移動方向に
対し３０〜６０°傾いた格子状に規則的に混在し表面に
露出しており、該両表面部分間に微小電界が形成される
ことにより前記現像剤担持体の表面に多数の微小電界が
形成されることと、前記現像剤担持体の前記潜像担持体
に対する線速比が、（パターンピッチ＋低抵抗部幅）／
（パターンピッチ）又は（パターンピッチ＋現像ニップ
幅）／（現像ニップ幅）又は（低抵抗部幅＋現像ニップ
幅）／（現像ニップ幅）より大なる値に又は１．２以上
１．５以下に設定されることと、前記バイアス印加手段
が断続的にバイアス交互電界を形成し、該バイアス電界
と前記現像剤担持体上の電界との相互関係により決定さ
れる電界と前記潜像担持体上の電位とにより前記現像剤
の移動を制御することを特徴とする現像装置により解決
した。

【００１５】

【作用】本発明により、現像剤担持体の表面に誘電体と
導電部のように抵抗又は誘電率の異なる２種類の表面部
分を混在して規則的模様を形成し、又は２種類の表面部
分が移動方向に対し３０〜６０°傾いた格子状に規則的
に混在し、両表面部材間に微小電界を形成することによ
り、現像剤担持体の表面に多数の微小電界を形成し、こ
の微小電界により帯電トナーを吸引して搬送する。従っ
てトナーは高速でも確実に現像剤担持体に吸引搬送され
るので、トナーの後寄りが解消され、十分多量のトナー
を現像領域へ搬送することが可能になる。現像剤担持体
の潜像担持体に対する線速比が１．２以上１．５以下、
又は（パターンピッチ＋低抵抗部幅）／（パターンピッ
チ）、又は（パターンピッチ＋現像ニップ幅）／（現像
ニップ幅）又は（低抵抗部幅＋現像ニップ幅）／（現像
ニップ幅）より大なる値に設定されることにより現像剤
担持体上のトナーむらによる影響が回避され、バイアス
が断続的な交互電界として印加されることにより潜像剤
担持体に対し現像剤が往復動をくり返され、諧調性が改
善され細線が細ることが防止された。

【００１６】

【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。

【００１７】図１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。

【００１８】図１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。現像装置２のトナー
容器３内には、必要に応じて補助剤が混合された非磁性
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例えば１０⁷ 〜１０
¹²Ωcm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剤担持体、例
えば現像ローラ５が支持され、該現像ローラ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は現像剤担持体又はトナー担持体の一
構成例をなすものであるが、斯かる現像ローラ５の代わ
りにベルト状の現像剤担持体を用いることもできる。又
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、該トナー供給ロー
ラ６は現像ローラ５に現像間隙をもって非接触状に例え
ば約１００mm／sec の線速（トナー供給ローラ表面にお
ける移動速度）で反時計方向に回転駆動される。

【００１９】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、次いでこのトナー供給ローラ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。

【００２０】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、該現像ローラ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。

【００２１】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。

【００２２】現像領域９における現像ローラ５の表面の
移動方向と、感光体１の表面の移動方向は順方向であ
る。順方向とは、図１から判るように現像領域９におけ
る感光体１と現像ローラ５との最接近部において両者の
移動方向が同じ向きになることを意味する。現像ローラ
が反時計方向に回転し、感光体１が矢印Ａと反対方向に
移動するとき、或いは現像ローラ５が時計方向に、感光
体が矢印Ａ方向に移動するときは、両者の移動方向は
「逆方向」となる。このような関係は、感光体がドラム
よりなる場合、或いは現像剤担持体がベルトよりなると
きも同様である。

【００２３】上述した構成自体は従来の現像装置と変わ
りはなく、斯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、このため、現像ローラの表面の線速を感光体の表面
の線速の３乃至４倍に設定しており、上記のような各種
の不具合が発生していた。

【００２４】そこで図示した現像装置においては、その
現像ローラ５が図２〜図４に模式的に拡大して示したよ
うに、例えばアルミニウム等の導電性ローラ部分１０よ
りなる導電性の基体と、該導電性ローラ部分１０の表面
に形成された溝２０に埋設固定された誘電体１１を具備
し、現像ローラ５の表面には導電性ローラ表面自体より
なる導電面部分１２と、溝２０に埋設された誘電体１１
の表面よりなる誘電面部分１１ａが図３に示すように規
則的に露出し、その表面は平滑に形成されている。溝２
０の平面形状、すなわち外部に露出した誘電面部分１１
ａの形状は適宜設定できるが、図３〜図４の例では、誘
電面部分１１ａが現像ローラ５の表面に格子状をなして
延びている。このような誘電面部分１１ａ、すなわち溝
２０のピッチＰは、例えば０．１〜１．０mm、好ましく
は０．２〜０．４mm程度に設定され、現像ローラ５の全
表面積に対する、導電面部分１２の全面積の比率は、例
えば２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％程度であ
る。このように、現像ローラ５の表面には抵抗又は誘電
率の異なる誘電面部分１１ａと導電面部分１２が夫々微
小面積で混在している。

【００２５】上に例示した各数値は、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
付着させるこができるようにその都度適宜選択される。

【００２６】また、現像ローラ５の導電性ローラ部分１
０に対しては、必要に応じて交流、直流重畳交流パルス
などの交互バイアス電圧を印加し、可視像の画質を高め
るようにしてもよいし、また導電性ローラ部分１０を直
に接地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。

【００２７】本例では、誘電体１１にはトナーの帯電極
性と反対の極性、例えば負極性に摩擦帯電される材質が
選択される。

【００２８】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、誘電
面部分１１ａ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、かつトナーを正極性に摩擦帯電さ
せる材料から構成される。図１及び図２に示した例で
は、トナー供給ローラ６が、導体の芯部材１４とその周
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、上述のように誘電体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の代わ
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。

【００２９】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。

【００３０】図１を参照して先に説明したように、現像
ローラ５の現像領域９を通過した部分は、トナー供給ロ
ーラ６の方に移動して該トナー供給ローラ６に接触す
る。ここで現像ローラ５上に担持されており、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、電気的に掻き落とされる。同時に、現像ローラ５の
誘電面部分１１ａ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５の
誘電面部分１１ａ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、誘電面部分１１ａ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。

【００３１】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、図２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の誘電面部分１１ａ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。

【００３２】このとき、現像ローラ５の誘電面部分１１
ａはトナー供給ローラ６との摩擦によって負極性に帯電
していて、この誘電面部分１１ａに隣接して微小面積の
多数の導電面部分１２が存在し、該導電面部分１２と誘
電面部分１１ａが混在している。このような状態で、現
像ローラ５の表面の誘電面部分１１ａに選択的に負極性
の電荷が保持さた状態となっている。

【００３３】このため、図５に示すように各導電面部分
１２と誘電面部分１１ａの間に大きな電位差ができ、両
面部分の間に閉電界が形成される。すなわち、現像ロー
ラ５の表面近傍には無数の微小閉電界（マイクロフィー
ルド）が形成される。より詳しく説明すると、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、図５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。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。

【００３４】誘電面部分１１ａと導電面部分１２は微小
面積で隣接しているので、各微小閉電界は所謂エッジ効
果若しくはフリンジング効果（周辺電場効果）によって
強度が大変強くなる。斯かる閉電界によって、正に帯電
したトナーは、誘電体１１の表面（誘電面部分１１ａ）
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。このとき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、帯電の十分なトナー
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、斯かるトナーに帯電量の小なるトナーが混在し
ていると、その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
となり、効率的に現像動作が行われる。

【００３５】トナー供給ローラ６を通過した現像ローラ
５の表面近傍には、図５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
られる。このようにして、トナーを多量に担持すること
ができ、可視像の地汚れを防止しかつそのシャープネス
を高めるべく、例えば８〜１５μｃ／ｇ程度に帯電した
０．６〜２．０mg／cm² 、好ましくは０．８〜１．２mg
／cm² の多量のトナーを現像領域９に搬送できる。

【００３６】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
面部分１１ａを帯電させ、特に導電面部分１２上に多量
のトナーを付着させることもできる。

【００３７】上述のように現像ローラ５上に多量のトナ
ーを担持して現像領域９へ搬送できるので、従来のよう
に現像ローラ５の線速を速める必要がなくなる。すなわ
ち、現像ローラ５の線速（ローラ表面における周速）を
Ｖ₂ 、感光体１の線速（感光体表面の速さ）をＶ₁ とし
たとき、その比Ｖ₂ ／Ｖ₁ を１．０以上１．５以下に設
定しても、先に例示した如く充分に帯電した多量のトナ
ーを現像領域９へ搬送することができるので、トナー量
不足は発生せず、可視像の濃度不足を防止できる。例え
ば、図１に示した装置において、感光体１の線速度を１
２０mm／sec 、現像ローラ５の線速を約１７０mm／sec
に設定することができる。このように、従来はＶ₂ ／Ｖ
₁ を３〜４程度に設定しなければならなかったが、本発
明に係る構成ではこの比の値を１．５以下に抑えること
ができる。

【００３８】これにより、従来発生していた各種の欠
点、例えばトナーの飛散、トナーの早期の疲労、現像ロ
ーラ上へのトナーフィルミング、横ライン像の細化現象
などを防止でき、かつ高速画像形成装置にも支障なく本
発明に係る現像装置を採用することが可能となる。

【００３９】しかも、Ｖ₂ ／Ｖ₁ を１．５以下に設定す
ることによって、先に説明した後端トナー寄り現象の発
生を実質的に阻止することができる。なお、実験による
と、Ｖ₂ ／Ｖ₁ を１．５まで下げずに、これを２．５以
下に設定すれば、上述のトナー飛散などの不具合を防止
できることが判明しているが、本発明のようにＶ₂ ／Ｖ
₁ を１．５以下に設定すると、先に説明した後端トナー
寄り現象の発生も次に説明するように実質的に阻止する
こができる。

【００４０】図８は可視像Ｉの後端部に幅ａで形成され
たトナー寄りを示し、この部分の画像濃度は他の画像部
分の濃度よりも高くなっている。図９は従軸に後端トナ
ー寄りの幅ａをとり、横軸にＶ₂ ／Ｖ₁ をとって、両者
の関係の一例を示したグラフである。後端トナー寄りの
幅ａは、一般に０．５mm以下であれば、これを目視距離
で観察したとき目立たず、看者に後端トナー寄りを意識
させることはない。そして図９から判るようにＶ₂ ／Ｖ
₁ が１．５より大であると、幅ａは０．５mmより大きく
なり、後端トナー寄りが顕著となるが、Ｖ₂ ／Ｖ₁ が
１．５以下であると、幅ａは０．５mm以下となり、後端
トナー寄りは問題とならない。後端トナー寄り現象を完
全に阻止するには、図９からも判るようにＶ₂ ／Ｖ₁ ＝
１．０にすればよいが、このようにＶ₂ とＶ₁ の比の値
を設定しても、先に示した如く現像ローラ５上に充分に
帯電した多量のトナーを担持して現像領域９へ搬送でき
るので、トナーが黒トナーであっても、カラートナーで
あっても、現像領域９におけるトナー量が不足すること
はなく、高品質な可視像を形成することができる。

【００４１】上述のようにＶ₂ ／Ｖ₁ を１．５以下に設
定でき、この値を例えば１、すなわちＶ₂ ＝Ｖ₁ に設定
しても現像領域におけるトナー不足を阻止でき、可視像
の濃度低下を防止できる。

【００４２】ところが、両線速Ｖ₂ とＶ₁ を等しくする
と次のような問題が発生する。

【００４３】図示した実施例では、前述のように現像ロ
ーラ５の誘電面部分１１ａに多量のトナーが付着する。
誘電面部分１１ａとトナー４を同極性に帯電させたとき
は導電面部分１２にトナーが多量に付着する。すなわち
現像ローラ５上に完全に均一にトナーを付着させること
は難しい。このため、現像ローラ５を感光体１と同一線
速で回転させつつ現像動作を行うと、感光体１上に形成
された可視像には、現像ローラ５上のトナーの付着状態
のむらに対応した極く微小な「あと」、つまり現像むら
ができる恐れがある。

【００４４】このような不具合は、現像ローラ５の表面
に露出した誘電面部分１１ａと導電面部分１２を不規則
に配置すると、生じ難くなるが、現像ローラ５の製造コ
ストを下げ、部品精度を上げるには、導電性ローラ部分
１０の表面に例えばローレット加工によって溝２０を形
成し、この溝２０に誘電体１１を埋め込むことが望まし
い。ところがこのような方法によって現像ローラを製作
すると、溝２０、すなわち誘電体１１が現像ローラ５の
表面に規則性をもって表われるため、現像ローラ５と感
光体１の線速比Ｖ₂ ／Ｖ₁ を１に設定すると、可視像の
画像面に、極く微小ではあるがローレット加工のパター
ンがそのまま「むら」として現われてしまう。

【００４５】このように、誘電体１１の表面や導電面部
分１２が規則的に現われていると、特に可視像にその
「あと」が現れやすい。

【００４６】またＶ₂ とＶ₁ を等しくすると、感光体１
上の地肌に地汚れが発生し易くなる。すなわち、現像ロ
ーラ５の線速Ｖ₂ を感光体１の線速Ｖ₁ よりも大きくす
ると、現像ローラ５上のトナーが感光体１の地肌部に対
してスキャベンジング作用を及ぼし、これにより地汚れ
が低減するが、Ｖ₂ とＶ₁ を等しくすると、スキャベン
ジング効果を期待できず、地汚れが発生しやすくなる。

【００４７】そこで本発明では、現像ローラ５と感光体
１の表面の線速Ｖ₂、Ｖ₁ の比Ｖ₂ ／Ｖ₁ を１．２以
上、好ましくは１．３以上に設定する。

【００４８】このようにＶ₂ をＶ₁ よりも大きくすれ
ば、現像領域９において、現像ローラ表面の誘電面部分
１１ａと導電面部分１２が感光体１に対して等速で対向
することはなくなり、両者間に相対速度ができるので、
誘電面部分１１ａや導電面部分１２のパタンーが可視像
に「むら」ないしは「あと」として現れる不具合を阻止
できる。

【００４９】またＶ₂ ／Ｖ₁ ≧１．２とすることによ
り、感光体１の地肌部に対するスキャベンジング効果が
発揮され、地肌汚れを抑制することができる。図１０は
縦軸に地汚れランクをとり、横軸にＶ₂ ／Ｖ₁ の値をと
って示したグラフであり、ランクが３以上であれば明視
距離で画像を見たとき、地汚れは目立たず、実用上問題
はない。このグラフからも判るように、Ｖ₂ ／Ｖ₁ を
１．２以上、特に１．３以上に設定すれば地汚れの問題
は生じない。

【００５０】結局、図１に示した本発明に係る現像装置
においては、現像領域９で順方向に移動する現像ローラ
５の表面の線速Ｖ₂ と感光体１の表面の線速Ｖ₁ の比
が、１．２≦Ｖ₂ ／Ｖ₁ ≦１．５、好ましくは１．３≦
Ｖ₂ ／Ｖ₁ ≦１．５に設定され、これによって、トナー
が黒トナーであるときも、またカラートナーであるとき
も、トナー飛散やトナーフィルミング、或いは後端トナ
ー寄りなどの発生を抑えつつ、地汚れのない所定濃度の
高品質な可視像を得ることができる。感光体がドラム状
に形成され、また現像剤担持体がベルトにより構成され
ているときも、その線速比Ｖ₂ ／Ｖ₁ は上述したところ
と同じく設定される。

【００５１】ところで、現像ローラ表面に現れる誘電面
部分若しくは導電面部分の形状は前にも説明したように
適宜設定できるが、誘電面部分１１ａが図３に示した如
く現像ローラ５の周方向（ローラ５の表面の移動方向
Ｙ）に対して３０°〜６０°、好ましくは４５°の角度
θをもって延びる格子状にすると、誘電面部分１１ａの
表面に付着したトナーが、現像領域９において現像ロー
ラ５の軸線方向に全体に亘って均一にならされた状態で
存在することになるので、誘電面部分１１ａや導電面部
分１２のパターンに対応した「むら」が可視像の画像面
中に現れる不具合をより確実に防止できる。

【００５２】導電面部分１２が現像ローラ５の表面に格
子状に延びるように現われ、すなわち図３における導電
面部分１２と誘電面部分１１ａを入れ換えて、主として
導電面部分１２の方にトナーを多量に付着させるように
したときも、格子状の導電面部分の延びる方向と、現像
ローラ５の移動方向のなす角度θを３０°〜６０°に設
定することによって、上述したところと同じ利点が得ら
れる。

【００５３】上述のような現像ローラ５を含む現像装置
のより具体的な例を以下に示す。

【００５４】（１）現像ローラ 図６に示した現像ローラ５の径Ｄ１は２５．４mmであ
り、その表面にローレット加工により溝２０が形成さ
れ、該溝２０ピッチは０．４mm、深さＤ２（図４）は
０．１mm、溝幅Ｗ１（図３）は０．１５mmで、格子状に
延びる溝２０又は誘電体１１の現像ローラ移動方向Ｙに
対する角度θは４５°である。なお、図３及び図５にお
ける符号Ｘは現像ローラ５の軸線方向を示している。現
像ローラ５の表面に露出した誘電面部分１１a の面積比
率は６１％、導電面部分は３９％、導電面部分１２の幅
は０．１５mmである。

【００５５】（２）トナー供給ローラの発泡体 材料は発泡ポリウレタンカーボン処理したものであり、
その外径は１４mm、感光体１に対する食い込み量は１m
m、発泡体１５の表面抵抗は１０⁷ Ωである。

【００５６】（３）ドクターブレード 厚さ０．１mmの燐青銅よりなる弾性部材に、弗素系樹脂
ＰＴＦＥシート（ＰＴＦＥ樹脂テープ２００μ：ニチヤ
ス（株）製）を固定。

【００５７】（４）現像ローラへＡＣ５００Ｖ（Ｐ／
Ｐ）、２５０Ｈｚ、ＤＣ−２５０Ｖの電圧を印加し、ト
ナー供給部材へＤＣ−２５０Ｖの電圧を印加する。

【００５８】（５）感光体 ＯＰＣ感光体。

【００５９】（６）トナー 非磁性スチレンアクリル系プラス帯電トナーである。極
性制御剤ニグロシン、外添剤ＳｉＯ₂ 微粉末０．５ｗｔ
％。

【００６０】次に現像ローラ５の作製方法について簡単
に説明する。

【００６１】（１）先ず図７Ａに示すように表面に角溝
加工した金属ローラ（導電製ローラ部分１０）を作る。

【００６２】格子状の角溝２０は角溝ローレット加工で
形成し、例えばそのピッチを０．２〜１．０mm、深さＤ
を０．１〜０．５mmとし、現像ローラ５の軸線Ｘに対し
て３０°〜６０°、特に４５°の角度で延ばす。

【００６３】（２）次に図７Ｂに示す如く、例えば弗素
系樹脂（旭硝子製ルミフロンＬＦ２００など）の誘電体
１１を、各溝２０を形成したローラ１０の表面にコーテ
ィングし、１００℃で約３０分乾燥する。塗布厚みは溝
２０が完全に埋まる状態にする。

【００６４】（３）さらに図７Ｃに示す如くローラの表
面を切削又は研磨加工して、導電面部分１２と誘電面部
分１１ａの表面を混在状態で露出させ、導電面部分１２
の面積が例えば２０〜８０％となるようにする。このよ
うにして表面がほぼ平滑な現像ローラ５が完成する。

【００６５】なお、ベルト状の現像剤担持体の場合に
は、図７Ａ、Ｂ、Ｃに示した導電性ローラ部分１０の代
わりに導電性のシートよりなる基体を用い、その表面に
溝を形成し、ここに誘電体を埋設固定すればよく、その
製造方法は図７に示した方法と実質的に異なるところは
ない。

【００６６】他の各種の方法によっても、誘電体と導電
面が表面に露出した各種形態の現像剤担持体を構成でき
ることは明らかである。

【００６７】なお図７Ｃに示した如く製作した現像ロー
ラ５の表面にさらに所定厚みの誘電層を積層してもよ
い。このような現像ローラを用いたときも、誘電体１１
とその上の誘電層の厚みが、現像ローラの溝２０に対応
して相違し、その静電容量が異なることになる。従って
トナー供給ローラ６によって表面の誘電層を帯電させれ
ば、上記静電容量の相違に応じて現像ローラ表面に電位
差ができ、その表面近傍に多数の微小閉電界を形成でき
る。この構成によると、現像ローラに交流又は交流に直
流を重畳したバイアス電圧を印加したときも、現像ロー
ラ５と感光体１との間の電荷のリークを防止でき、リー
クによる静電潜像の乱れを防止できる。ベルト状の現像
剤担持体についても同様に構成できる。

【００６８】また図１及び図２に示した実施例では、誘
電体１１又はその上に積層された誘電層を所定の極性に
帯電させることにより、現像剤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トナーを閉
電界によって現像剤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
た摩擦帯電部材や、コロナ放電器や、現像剤担持体に接
して電荷を注入する部材など、それ自体公知な適宜な帯
電手段を用いてもよい。

【００６９】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さらに追加的に例示する。

【００７０】トナーとしては、一般にポリエステル、Ｂ
ＭＡ、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。

【００７１】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
表１に例示する如きものが適宜使用される。

【００７２】

【表１】

【００７３】以上、特にカラー現像に最適な非磁性トナ
ーの一成分系現像剤を用いた現像装置を例示したが、本
発明は必要に応じて補助剤を外添した磁性トナーよりな
る一成分系現像剤を用いる現像装置にも適用できるもの
である。

【００７４】現像ローラ５が図１１に示すように格子状
に誘電面部分１１ａと導電面部分１２が形成された例で
は、図１２に示すように、感光体１の潜像を現像する前
の現像ローラ５の表面ではトナー付着量が均一でなく、
誘電面部分１１ａのトナー付着量が導電面部分１２のト
ナー付着量より多くなる。

【００７５】従って感光体１の周速Ｖ₁ と現像ローラ５
の周速Ｖ₂ が同等であると、誘電面部分１１ａと導電面
部分１２のパターンに準じた模様の現像むらが生じる。
これは最終的にコピー画像の濃度むらとなって表われ
る。

【００７６】この現象を防ぐために感光体１の周速Ｖ₁
に対する現像ローラ５の周速Ｖ₂ の比を１．０より大き
くすると効果的である。すなわち、図１２に示すように
現像後の感光体１のトナー付着はほぼ均一にならされた
状態になる。

【００７７】現像ローラ５の表面の誘電面部分１１ａの
周方向長さをＬ₁ とし、導電面部分１２の周方向長さを
Ｌ₂ とし、１つの誘電面部分１１ａと１つの導電面部分
１２の周方向長さの和、つまりパターンピッチをＬ₀ と
し、パターンピッチＬ₀ に相当する距離を感光体１が速
度Ｖ₁ で移動する時間に、現像ローラ５が周方向長さＬ
₀ とさらに少なくとも導電面部分１２の幅Ｌ₂ に相当分
を速度Ｖ₂ で周回動させるとよい。これにより、感光体
１に対して現像ローラ５は相対的な滑りを生じ、トナー
付着量の少ない導電面部分も感光体１の面に対してその
谷間を多い部分のトナーにより埋めることになり現像む
らが発生しない。

【００７８】このことから、Ｖ₂ ／Ｖ₁ ≧（Ｌ₀ ＋
Ｌ₂ ）／Ｌ₀ とすることにより模様状の画像濃度むらの
発生を防止できる。

【００７９】１つの例として、Ｌ₀ ＝０．３５mm、Ｌ₂
＝０．０７mmの格子状誘電体、導電面パターンの現像ロ
ーラ５を用い、感光体１の線速度Ｖ₁ ＝１２０mm／sec
、現像ローラの線速度Ｖ₂ ＝120 ×（0.35＋0.07）／
0.35＝120 ×1.2 ＝145mm/secにより現像実験したとこ
ろ、均一でむらのない画像が得られた。

【００８０】この現像ローラ５を感光体１と同速度であ
る１２０mm／sec で回転した場合は画像むらが僅か認め
られた。

【００８１】現像ローラ５の誘電面部分１１ａのパター
ンとしては格子状の他に綾目状、横ストライプ状、その
他の規則性パターンを適用することができる。

【００８２】更に、誘電面部分１１ａより導電面部分１
２のトナー付着量が少ないため、導電面部分の領域がト
ナー層としては凹状態になっていることを考慮し、感光
体１と現像ローラ５とを相対移動させる場合、凹状態を
埋めるようにすれば画像むらは大幅に緩和できる。つま
り図１３に示すように潜像像担持体１を感光体ベルトと
し、現像領域９における感光体１と現像ローラ５のニッ
プ幅をＬ₃ とし、Ｌ₀ ＜Ｌ₃ の場合、感光体１が速度Ｖ
₁ で距離Ｌ₃ を移動する時間に現像ローラ５はニップ幅
Ｌ₃ と更に少なくとも導電面部分１２の周方向長さＬ₂
に相当する長さを加えた長さだけ移動又は（回転）する
ように現像ローラ５の速度Ｖ₂ を設定すれば、つまりＶ
₂ ／Ｖ₁ ≧（Ｌ₃＋Ｌ₂ ）／Ｌ₃ とすればトナー付着の
少ない導電面部分１２の領域も感光体１の面に対しては
誘電面部分１１ａのトナーでその凹状態を埋められるこ
とになる。これにより模様状の画像濃度むらを防止でき
る。

【００８３】図１２に示すようにＬ₀ ≧Ｌ₃ の場合で
も、上記と同様に導電面部分１２のトナー層としての凹
みをトナーで埋めることができる。

【００８４】この場合も現像ローラの模様は格子に限ら
ぬことは上記と同様である。

【００８５】又図１２、図１３に示すように、現像領域
におけるニップ幅Ｌ₃ の距離を感光体１が速度Ｖ₁ で移
動する時間に、現像ローラ５はニップ幅Ｌ₃ よりも更に
１パターンピッチＬ₀ 相当分だけ、つまり１つの誘電面
部分１１ａと１つの導電面部分１２の周方向長さの和だ
け余分に移動するように、現像ローラ５の速度Ｖ₂ を設
定すると、つまり現像ローラの線速度Ｖ₂ の感光体の線
速度Ｖ₁ に対する比Ｖ₂ ／Ｖ₁ をＶ₂ ／Ｖ₁ ≧（Ｌ₃ ＋
Ｌ₀ ）／Ｌ₃ に設定すると、感光体１の全ての部分が図
１４に示すような各パターンピッチＬ₀ の領域の現像能
力分布の平均レベルで現像されることになり、現像むら
は全く発生しない。１つの例としてＬ₁ ＝０．３５mmの
格子状現像ローラを用い、Ｌ₃ ≒３ｍｍとなるように感
光体１を形成し、Ｖ₁ ＝１２０mm／sec 、Ｖ₂ ＝120 ×
（３＋0.35）／３≒120 ×1.12≒135mm ／ｓecで現像し
たところ、極めて均一で良好な画像が得られた。

【００８６】地かぶりがなく、階調性がよく、細線が細
ることなく良好な画像が得られるようにするためには、
現像領域９において、感光体１と現像ローラ５との間に
交互電界を断続的に形成して現像する。すなわち現像ロ
ーラ５に図１５に示すような断続した波形の現像バイア
スをバイアス電源１６により印加する。バイアス電源１
６には正弦波の交流を発生する装置と、間欠的にパルス
を発生させる装置と、振幅を増大する増幅器と、直流発
生器とが設けられ、間欠交流電界と直流電界とを重畳す
る。交互電界としては周波数５００ＫＨ_Z 、最大電圧と
最小電圧との差（ピークツーピーク値）１０００Ｖ、に
直流分−５００Ｖを重畳したものを、２msecの休止間隔
をもって１波長ずつ印加する。この場合、感光体の画像
部の電位（暗部表面電位）Ｅ₂ は−９００Ｖ、非画像部
の電位（明部表面電位）Ｅ₁ は−１００Ｖとする。現像
剤としては負極性に帯電したトナーを用いる。

【００８７】上記の１波長ずつ印加するのに対して２波
長ずつ印加し１波長分休止することも可能である。

【００８８】パルス波形としては矩形波を利用すること
も三角波その他を利用することも可能である。

【００８９】一般にバイアス印加時間と休止時間は１：
１／２〜１：１０の比に選定するのが好ましい。

【００９０】

【発明の効果】本発明によれば、従来のように現像剤担
持体を高速で回転させることなく、充分に帯電した多量
のトナーを現像領域へ搬送でき、所望する濃度の可視像
を形成できると共に、トナー飛散などの、現像剤担持体
を高速回転させることに伴う従来の欠点を阻止でき、し
かも可視像の後端トナー寄り現象の発生を阻止又は実質
的に阻止することができる。本発明により交互電界をバ
イアスとして印加することによりシャープ性をもち滑ら
かな階調性と均一な画像濃度が得られた。

【００９１】本発明により、交互バイアスと微小閉電界
で偏倚された交互電界により高帯電トナー（高θ／Ｍト
ナー）を転移させ現像するので、断続的交互波形のバイ
アスによりパウダークラウド化が防止され、リニアなγ
（静電像電位に対する画像濃度の特性曲線の勾配）特性
が得られ、１．２〜１．５の線速比によりべた画像を均
一に得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】現像装置の一例を示す概略断面図である。

【図２】現像ローラの誘電体とトナー粒子を模式的に拡
大して示した説明図である。

【図３】現像ローラ表面の拡大平面図である。

【図４】図３のＩＶーＩＶ線拡大断面図である。

【図５】現像ローラ表面の近傍に形成される微小閉電界
の電気力線を示した説明図である。

【図６】現像ローラの斜視図である。

【図７】現像ローラの製造過程を示す模式図であり、
Ａ、Ｂ、Ｃは夫々製造過程順の変化を示したものであ
る。

【図８】後端トナー寄りの説明図である。

【図９】後端トナー寄りの量と現像ローラと感光体の線
速比との関係を示すグラフである。

【図１０】地汚れと現像ローラと感光体の線速比との関
係を示すグラフである。

【図１１】現像ローラの別の例の斜視図である。

【図１２】現像部近傍におけるトナーの付着状態を示す
拡大図である。

【図１３】図１２に対する別の例の説明図である。

【図１４】潜像担持体と現像剤担持体が同一線速の場合
の現像ローラの現像能力分布図である。

【図１５】交番電界の一例の説明図である。

【符号の説明】

１ 潜像担持体 ５ 現像剤担持体 ９ 現像部 １１ 誘電体 １１ａ 誘電面部分 １２ 導電面部分 １６ バイアス電源 Ｌ₀ パターンピッチ Ｌ₁ 誘電体物 Ｌ₂ 導電面幅 Ｌ₃ ニップ幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 榎木 繁和 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株 式会社リコー内 (72)発明者 冨田 潤子 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 平２−214874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−134262（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 G03G 15/00 303

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電潜像を担持する潜像担持体に現像部
   において対向配置され、現像剤を担持する現像担持体を
   有し、該現像剤担持体がバイアス印加手段によるバイア
   ス印加の下で現像を行う現像装置において、 前記現像剤担持体の表面には抵抗と誘電率のいずれかが
   異なる２種類の表面部分が規則的に混在し表面に露出し
   ており、該両表面部分間に微小電界が形成されることに
   より前記現像剤担持体の表面に多数の微小電界が形成さ
   れることと、 前記現像剤担持体の前記潜像担持体に対する線速比が、
   前記表面部分のパターンピッチと低抵抗表面部分の幅よ
   り得られる値（パターンピッチ＋低抵抗部幅）／（パタ
   ーンピッチ）より大なる値に設定されることと、 前記バイアス印加手段が断続的にバイアス交互電界を形
   成し、該バイアス電界と前記現像剤担持体上の電界との
   相互関係により決定される電界と前記潜像担持体上の電
   位とにより前記現像剤の移動を制御することを特徴とす
   る現像装置。
2. 【請求項２】 静電潜像を担持する潜像担持体に現像部
   において対向配置され、現像剤を担持する現像担持体を
   有し、該現像剤担持体がバイアス印加手段によるバイア
   ス印加の下で現像を行う現像装置において、 前記現像剤担持体の表面には抵抗と誘電率のいずれかが
   異なる２種類の表面部分が規則的に混在し表面に露出し
   ており、該両表面部分間に微小電界が形成されることに
   より前記現像剤担持体の表面に多数の微小電界が形成さ
   れることと、 前記現像剤担持体の前記潜像担持体に対する線速比が、
   前記表面部分のパターンピッチと現像部における潜像担
   持体の現像剤担持体に対するニップ幅より得られる値
   （パターンピッチ＋現像ニップ幅）／（現像ニップ幅）
   より大なる値に設定されることと、 前記バイアス印加手段が断続的にバイアス交互電界を形
   成し、該バイアス電界と前記現像剤担持体上の電界との
   相互関係により決定される電界と前記潜像担持体上の電
   位とにより前記現像剤の移動を制御することを特徴とす
   る現像装置。
3. 【請求項３】 静電潜像を担持する潜像担持体に現像部
   において対向配置され、現像剤を担持する現像担持体を
   有し、該現像剤担持体がバイアス印加手段によるバイア
   ス印加の下で現像を行う現像装置において、 前記現像剤担持体の表面には抵抗と誘電率のいずれかが
   異なる２種類の表面部分が規則的に混在し表面に露出し
   ており、該両表面部分間に微小電界が形成されることに
   より前記現像剤担持体の表面に多数の微小電界が形成さ
   れることと、 前記現像剤担持体の前記潜像担持体に対する線速比が、
   前記表面部分の低抵抗部幅と現像部における潜像担持体
   の現像剤担持体に対するニップ幅より得られる値（低抵
   抗部幅＋現像ニップ幅）／（現像ニップ幅）より大なる
   値に設定されることと、 前記バイアス印加手段が断続的にバイアス交互電界を形
   成し、該バイアス電界と前記現像剤担持体上の電界との
   相互関係により決定される電界と前記潜像担持体上の電
   位とにより前記現像剤の移動を制御することを特徴とす
   る現像装置。
4. 【請求項４】 静電潜像を担持する潜像担持体に現像部
   において対向配置され、現像剤を担持する現像担持体を
   有し、該現像剤担持体がバイアス印加手段によるバイア
   ス印加の下で現像を行う現像装置において、 前記現像剤担持体の表面には抵抗と誘電率のいずれかが
   異なる２種類の表面部分が移動方向に対し３０〜６０°
   傾いた格子状に規則的に混在し、表面に露出しており、
   該両表面部分間に微小電界が形成されることにより前記
   現像剤担持体の表面に多数の微小電界が形成されること
   と、 前記現像剤担持体の前記潜像担持体に対する線速比が
   １．２以上１．５以下に設定されることと、 前記バイアス印加手段が断続的にバイアス交互電界を形
   成し、該バイアス電界と前記現像剤担持体上の電界との
   相互関係により決定される電界と前記潜像担持体上の電
   位とにより前記現像剤の移動を制御することを特徴とす
   る現像装置。