JP3035626B2

JP3035626B2 - 静電潜像現像方法

Info

Publication number: JP3035626B2
Application number: JP2205683A
Authority: JP
Inventors: 泰男平野; 弘治鈴木; 繁和榎木; 祐一上野; 尚貴岩田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 2000-04-24
Anticipated expiration: 2015-04-24
Also published as: JPH0488378A

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静電
潜像現像方法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、結果的にトナ
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”
という現象、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が、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「回転駆動させる現像剤担持体に、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、
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〕

本発明の目的、前記の現像剤担持体表面の近傍に多数
のマイクロフィールドを形成し、このマイクロフィール
ドによってトナーを前記担持体上に保持した後、現像領
域において静電潜像を現像する方法において、現像領域
において現像剤担持体表面と静電潜像担持体表面との間
に一定間隔を維持管理するという設計上面倒な手段を要
することなく、現像領域において、現像剤担持体表面と
静電潜像担持体表面とを接触させ、しかも現像濃度ムラ
等現像性を損うことのない現像方法を提供することにあ
る。

本発明の更なる目的は、初期から安定して現像剤を十
分に摩擦帯電することができ、長期間一定した複写画像
を与える現像方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、現像剤担持体の弾性表面層が、導電
性材料からなる導電体部と絶縁性粒子からなる絶縁体を
表面に分布させたものであって、トナー供給部材により
導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一
成分形現像剤を前記現像剤担持体に当接したトナー供給
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、該現像剤担持体と静電潜
像を担持する潜像担持体とを接触せしめることにより、
前記静電潜像を顕像化する静電潜像現像方法であって、
導電性エラストマーからなる導電体部上に絶縁性エラス
トマーからなる絶縁体粒子が分散された弾性表面層によ
り現像剤担持体が構成され、導電性エラストマーと絶縁
性エラストマーとのゴム硬度（JIS K6301）差が20度以
下であることを特徴とする静電潜像現像方法が提供され
る。

本発明の現像方法は、金属製ドラム上に光導電性を設
けた感光体の如き剛体の潜像担持体と現像剤担持体との
間の精密なギャップ維持管理等の必要性がなく、設計許
容度を広くすることができる。更に現像剤を安定して十
分に摩擦帯電することができ、長期間一定した複写画像
を得ることができる。

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、現像を終了した現像剤担持体（現像ロー
ラ：例えば20φ）20は、矢印の方向に回転（例えば100r
pm）し、トナー供給部材40と接触部に至る。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67rp
m）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を付着させる。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、現像剤担持体20と潜像担持体10とを
その表面において同方向となるよう回転接触させて（潜
像担持体の回転速度：例えば120rpm）、潜像担持体10上
の潜像が現像される。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90などを印加して、最適な画像を
制御することができる。また、現像領域における現像剤
担持体表面の表面弾性層の変形量を該弾性層の厚さの3/
10以下で行なうよう設定することが、現像剤担持体全体
の変形を起し難く、また接触による振動発生を抑えるた
めに好ましい。

次に、本発明で用いる現像剤担持体について説明す
る。本発明で用いる現像剤担持体は、前記したように、
弾性を有するものであり、代表的な構造例としては、導
電性基体上に絶縁性エラストマー粒子を分散した弾性を
有する導電性エラストマーからなる表面層が形成され、
かつ導電性エラストマーと絶縁性エラストマーとのゴム
硬度（JIS K6301）差が20度以下という構成になってい
る。

すなわち、本発明者らの研究によれば、導電性エラス
トマーと絶縁性エラストマーとのゴム硬度があまりに異
なると、平滑な表面を有する現像剤担持体を得ることが
できず、そのため現像剤を均一に摩擦帯電することが
困難となる、表面凹部に現像剤がはさまったりして、
帯電量が小さくなる、トナー供給部材あるいは潜像担
持体との接触トルクが大きくなる、といった多くの問題
が発生することが判明した。

本発明者らはこれらの問題点を解決するために、弾性
表面層の形成成分としてゴム硬度（JIS K 6301）差が20
度以内にある導電性エラストマーと絶縁性エラストマー
を併用した場合には上記欠点のない現像剤担持体が得ら
れることを見出した。

本発明者は基本的にはこれらの知見に基づいてなされ
たものである。

導電性エラストマーと絶縁性エラストマーのゴム硬度
（JIS K 6301）差が20度を越えると、現像剤担持体の表
面平滑性が失なわれ、現像剤に一様な摩擦帯電を与える
ことができず、繰り返し使用した場合、現像剤の担持量
や帯電量が変化してしまい、安定な複写画像が得られな
い。また表面凹部に現像剤がはさまったり、トナー供給
部材あるいは潜像担持体との接触トルクが大きくなると
いった不都合を生じる。

導電性エラストマーとしては、10¹²Ω・cm以下、好ま
しくは10⁸Ω・cm以下のものが使用される。具体的にい
うと、エラストマー中（ゴム）に導電性付与剤を添加し
たものが挙げられる。エラストマーの具体例としては以
下のものが挙げられる。

スチレン−ブタジエンゴム（SBR）、ブタジエンゴム
（BR）、イソプレンゴム（IR）、ニトリル−ブタジエン
ゴム（NBR）、ニトリル−イソプレンゴム（NIR）、クロ
ロプレンゴム（CR）などのジエン系ゴム；ブチルゴム
（IIR）、エチレン−プロピレンゴム（EPM、EPDM）、ク
ロロスルホン化ポリエチレン（CSM）などのオレフィン
系ゴム；エピクロルヒドリンゴム（CHR、CHC）などのエ
ーテル系ゴム；その他シリコーンゴム、フッ素ゴム、ア
クリルゴム、ウレタンゴム、更にはスチレン系、オレフ
ィン系、ポリ塩化ビニル系、ウレタン系、ポリエステル
系、ポリアミド系、フッ素系、塩素化ポリエチレン系な
どの熱可塑性エラストマーなどのエラストマー材料。

また、導電性付与剤としては、Ni、Cuなどの金属粉；
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などのカ
ーボンブラック；酸化スズ、酸化亜鉛、酸化モリブデ
ン、酸化アンチモン、チタン酸カリなどの導電性酸化
物；酸化チタン、雲母上などにめっきを施した無電界め
っき物；グラファイト、金属繊維、炭素繊維などの無機
系充填剤や界面活性剤などが挙げられる。

更に、ポリエチレンオキサイドやポリシロキサンなど
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
イオン伝導体なども用いることができる。

一方、絶縁性エラストマー粒子としては、前記導電性
エラストマーとのゴム硬度差が20度以内で好ましくは体
積電気抵抗が10¹³Ω・cm以上、好ましくは10¹⁴Ω・cm以
上のエラストマーが使用される。また、その平均粒径と
しては、30μｍ以上、好ましくは50μｍ以上が良い。30
μｍ未満では、マイクロフィールドが形成し難く、安定
したトナーの付着や帯電が得られない。なお、定形、不
定形を問わないが、不定形のものを用いる方が、絶縁性
粒子が容易には、弾性導電性エラストマーから離脱する
ことがないという点で優れている。

エラストマーとしては、導電性エラストマーに用いる
エラストマーとして例示されたものと同様の材料が使用
される。

絶縁性エラストマー粒子を製造するには、エラストマ
ーをドライアイスなどで凍結した後、粉砕し粉末化する
方法、グラインダーにかけて粉砕し粉末化する方法、界
面活性剤などを用いて水性エマルジョンを形成した後、
硬化する方法など、公知の方法が採用される。

なお、導電性エラストマーや絶縁性エラストマー粒子
に使用するエラストマーとしては、低硬度性、耐環境
性、離型性などの点から、特にシリコーンゴム、EPDM、
シリコーンゴム/EPDMが好ましい。

導電性エラストマーに対する絶縁性エラストマー粒子
の添加量は、導電性エラストマー100重量部に対して、1
0〜200重量部の範囲で適宜選択される。現像剤担持体の
表面絶縁部の面積は、50〜80％の範囲が好ましく、該担
持体作製後この範囲内になるように、絶縁性エラストマ
ー粒子の添加量を適宜調節する。

次に、本発明で用いる現像剤担持体の作製方法につい
て説明する。第２図に現像剤担持体の表面の代表的な構
成例（表面の拡大部分断面図）を示す。第２図に示され
る表面を有する現像剤担持体は、前記の導電性エラスト
マーに前記の絶縁性エラストマー粒子を、ボールミル、
練り込みなど通常の分散方法に基いて添加した後、該混
合材料を射出成型、押し出し成型、スプレーコーティン
グ、ディッピングなどの工法により、SUS、鉄、Alなど
の金属ローラに代表される導電性基体上に成型し、その
後表面が平滑になるように研磨を施すことによって作製
された例である。

なお、導電性エラストマーと導電性基体との接着性を
向上するために、プライマーを使用することも可能であ
り、この場合プライマーは導電性であることが好まし
い。

また、本発明においては、現像剤担持体と潜像担持体
とを第１図に示すように同方向に且つほぼ同一の速度で
回転させながら現像する場合には、現像剤担持体として
の圧縮永久歪（JIS K6301による）を25％以下とするこ
とが好ましい。これにより現像剤担持体上に充分な量の
トナーを担持、搬送させることができる上に、両担持体
との接触回動による振動の発生を迎えることができ、現
像濃度ムラの発生ないという利点を有する。

〔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。

絶縁性エラストマー粒子の作製乾式シリカ含有シリコーンゴム（トーレ・ダウコーニ
ング・シリコーン社製SE1185u）100部に架橋剤（トーレ
・ダウコーニング・シリコーン社製RC−４）１部を二本
ロールミルで混練し、１次加硫（170℃/10分）、２次加
硫（200℃/4時間）の条件でゴムシートを作製した。こ
のもののゴム硬度（JIS K 6301）及び体積電気抵抗（DC
100Vの条件）を測定したところ、50度及び３×10¹⁵Ω・
cmであった。

このゴムシートを液体窒素で凍結した後、粉砕、分級
して平均粒径約200μｍの絶縁性エラストマー粒子を得
た。

導電性エラストマー材料上記絶縁性エラストマー粒子80部と上記各導電性エラ
ストマー材料100部とを二本ロールミルで混練した後、
予じめ導電性プライマー（トーレシリコーン社製DY39−
011）が塗布されたSUS製金属ローラ上に巻き付け、１次
加硫（170℃/100分、120kgf/cm²）、２次加硫（200℃/4
時間の条件下でプレス成型）後表面を研磨して４種の現
像剤担持体A,B,C,Dを作成した。

これら現像剤担持体の表面粗さをホンメルテスターT1
000型（HOMMEL WELKE社製）で測定し、かつ第１図に示
す現像装置に設置し、現像剤担持体上の薄層化ブレード
後における現像剤担持量及び現像剤の帯電量を測定し
た。その結果を第１表に示す。

尚、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、
トナーは正帯電性トナーをまた感光体は、アルミニウム
製シリンダー上に有機電荷発生層及び有機電荷輸送層と
を順次設けてなるドラム状感光体を用いた。

以上の結果から、絶縁性エラストマーと導電性エラス
トマーとの硬度差が20度以内である現像剤担持体A,Bで
は、表面粗さが小さく滑らかであり、現像剤担持量が正
しくコントロールされてその帯電量が十分高いものが得
られるが、硬度差が20度以上である現像剤担持体C,Dで
は、表面粗さが大きく、現像剤担持量のコントロールが
困難であり、またその帯電量も低いものであることが判
る。

〔発明の効果〕

本発明の現像方法は、現像剤担持体として絶縁性エラ
ストマー粒子を分散した導電性エラストマー弾性材料か
らなり、かつ両エラストマーのゴム硬度（JIS K 6301）
差を20度以内とした現像剤担持体の弾性表面層上に、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
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ことにより、長期間安定
したトナー付着量とトナー帯電量が確保される上に、現
像領域において、現像剤担持体表面と静電潜像担持体表
面とを接触させ、しかも現像濃度ムラ等現像性を損うこ
とのない現像が可能となる。また、本発明の現像方法は
初期から安定して現像剤を十分に摩擦帯電することがで
き、長期間一定した複写画像を与える。また、本発明で
用いる現像剤担持体は簡便に作製することができるので
低コスト化を可能にする。

【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図は本発明に使用される現像剤担持体表面の模式部
分断面図である。 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、90……バイアス。

───────────────────────────────────────────────────── 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 (72)発明者岩田尚貴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55−62469（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−106768（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/09

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】現像剤担持体の弾性表面層が、導電性材料
からなる導電体部と絶縁性粒子からなる絶縁体を表面に
分布させたものであって、トナー供給部材により導電体
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一成分形
現像剤を前記現像剤担持体に当接したトナー供給部材に
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、該現像剤担持体と静電潜像を担
持する潜像担持体とを接触せしめることにより、前記静
電潜像を顕像化する静電潜像現像方法であって、導電性
エラストマーからなる導電体部上に絶縁性エラストマー
からなる絶縁体粒子が分散された弾性表面層により現像
剤担持体が構成され、導電性エラストマーと絶縁性エラ
ストマーとのゴム硬度（JIS K6301）差が20度以下であ
ることを特徴とする静電潜像現像方法。
【請求項２】前記現像剤担持体の圧縮永久歪（JIS K63
01による）が25％以下であることを特徴とする請求項１
記載の静電潜像現像方法。
【請求項３】前記現像剤担持体と潜像担持体との接触位
置における、現像剤担持体の弾性表面層の最大変形率が
弾性表面層の厚さの3/10以下であることを特徴とする請
求項１記載の静電潜像現像方法。