JP3035628B2

JP3035628B2 - 静電潜像現像方法

Info

Publication number: JP3035628B2
Application number: JP2205687A
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: JPH0488382A

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、
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〕

本発明の目的は、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、しかも現像剤担持
体表面上にトナーの多層薄層が形成され、また該担持体
表面にトナーがフィルミングすることもなく、安定して
高品質画像が得られ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〕

本発明は、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該添したトナーよりなる一成分系
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
基体上に導電弾性層を設け、さらに該導電弾性層上に軟
質導電性ポリマーに絶縁体粒子を分散させた表面層を形
成し、これらを積層して形成されている現像剤担持体を
用いることを特徴とする静電潜像現像方法を提供するも
のである。

本発明の形式の場合には、電界強度を従来より著しく
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送ることができま
す。本発明は、現像剤担持体が弾性を有する材料で構成
されるために、潜像担持体が剛体であったとしても、現
像剤担持体を潜像担持体に接触（現像剤を介して）させ
て現像することができる。

そして、現像剤担持体を潜像担持体に接触させるにあ
たっては、現像剤担持体を移動可能とし、付勢手段にて
押圧させる構造とすればよいが、付勢せずに接触させず
に現像しようとすると、従来の装置では現像剤担持体上
の現像剤量が少ない（厚みで、10〜50μｍ程度）こと、
現像電解を形成しなければならないこと等の理由からギ
ャップを厳密に50〜100μｍ程度に維持する必要があっ
た。本発明は、この問題点が解決されたことにより、従
来の装置で要求される厳密にギャップを維持することは
必要でなくなった。

本発明の現像方法により、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、その上現像剤担持体表
面上にトナーの多層薄層が形成され、しかも該担持体表
面にトナーがフィルミングすることもなく、安定して高
品質の画像が得られる。

以下、かかる静電潜像現像方法について説明する。

第１図にこの現像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100rpm）
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67rpm）
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2
0、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、しかも導電性基体上に、導電
弾性層と軟質ポリマーに絶縁性粒子を分散した表面層と
を、その順に積層した構成となっている。第２図にこの
現像剤担持体の代表的構成例（断面図）を示す。

導電弾性層を構成する導電性材料としては、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、ゴム材料（エラストマー）中に導
電性付与剤を添加したものが挙げられる。ゴム材料の具
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）、ブダジエンゴム
（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。

また、上記導電弾性層上に設置される表面層は、軟質
導電ポリマー層中に絶縁性粒子が分散され且つ該粒子の
一部は表面に露出している構成となっている。なお、こ
の場合、軟質導電ポリマーとは、伸び率が50％以上の導
電ポリマーを意味する。軟質導電ポリマーとしては、10
¹²Ω・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、伸び率が50％以上の樹脂材料
（プラストマー）に導電性付与剤を添加したものが挙げ
られる。樹脂材料としては、伸び率が50％以上のもので
あれば使用できるが、特にシリコーン樹脂が好ましい。
伸び率が50％未満のポリマーからなる表面層を設けた場
合には、圧縮変形によりワレが生じる。

一方、絶縁性粒子材料としては、10¹³Ω・cm以上、好
ましくは10¹⁴Ω・cm以上のものが使用される。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。30μｍ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、弾性導電性材料から離脱
することがないという点で優れている。

これらの具体的な材料としては、アルミナ、ベリリ
ア、マグネシア、窒化けい素、窒化ほう素、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
ライトなどの無機粒子や、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、
シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ
スチレン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエ
チレン樹脂などの有機粒子が挙げられる。

また、絶縁性粒子としては、エラストマーを用いるこ
とが好ましい。この場合の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
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。

軟質導電ポリマー材料に対する絶縁性粒子の添加量
は、ポリマー材料100重量部に対して、10〜200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、絶縁性粒子添加量を適宜調節す
る。

なお、導電弾性層における導電性材料や表面層におけ
る絶縁性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
ムが好ましい。

また、導電弾性層の厚みは、通常３〜20mm程度が適切
であり、一方表面層、すなわち粒子分散軟質導電ポリマ
ー層の厚みは、100μｍ〜3mm程度が適当である。

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図に示される断面を有する現像剤担持
体は、前記の導電性エラストマーを射出成型、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
電性基体上に成型することによって導電弾性層を塗設し
た後、前記の軟質ポリマー材料に前記の絶縁性粒子を、
ボールミル、練り込みなどの通常の分散方法に基いて添
加し、得られた混合材料をスプレーコーティング、ディ
ッピングなどの工法により、前記導電弾性層上に層成型
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。

本発明で使用される現像剤担持体は、前記したよう
に、導電弾性層上に絶縁性粒子が分散した軟質導電ポリ
マーからなる表面層を積層した構成としたことにより、
導電性エラストマー中に絶縁性粒子を分散した単層から
なる表面弾性層を有する現像剤担持体と比べると、トナ
ーの離型性が優れ、そのため該担持体表面にトナーがフ
ィルミングすることなく、安定したトナー多層薄層が形
成され、安定したトナー付着量とトナー帯電量を得るこ
とができ、高品質画像が得られる。

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
発生を抑えることができ、現像濃度ムラの発生がないと
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。

実施例先ず、SUS製金属ロールに、導電性シリコーンゴム
（商品名DY32−700u;トーレシリコーン社製）を、層厚
約5mmに層成形した。

表面層用材料シリコーン樹脂（商品名SR2407;トーレシリコーン社
製） 100部ケッチェンブラックマスターバッチ（商品名DY−35−
118;トーレシリコーン社製） 20部シリコーン樹脂粒子（商品名トレフィルＲ−900;トレ
ーレシリコーン社製） 45部上記材料を用いて、導電性シリコーンゴム被覆ローラ
上に、ディッピングにより表面層を形成させた後、研磨
して現像剤担持体（現像ローラ）を作製した。

評価実施例で得られた現像ローラを第１図に示される現像
装置に装着し、正帯電トナーの帯電量及びトナーの付着
量を測定したところ、トナー付着量は1.02mg/cm²で、ト
ナー帯電量は14.14μC/gであった。

また、10万枚画像試験後のトナー付着量は0.98mg/cm²
で、且つトナー帯電量は13.9μC/gであり、初期と差が
なかった。更に、現像ローラ表面のトナーフィルミング
もなかった。

以上の結果から、実施例で作製された現像ローラは、
充分なトナー付着量とトナー帯電量を得ることができ、
しかもトナーフィルミングも生じないことが分かる。

〔発明の効果〕

本発明の現像方法は、前記のような構成としたことか
ら、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
倒な手段を必要としない上に、本方法によると現像剤担
持体上に大きな微小閉電界が生じ、安定したトナーの多
層薄層が形成され、長期に安定して充分なトナー付着量
とトナー帯電量が得られ、しかも現像剤担持体表面にト
ナーがフィルミングすることもない。従って、本方法に
より高品質の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図は本発明に使用される現像剤担持体の模式断面図
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、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) 特開平１−186980（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、導電性基体上に
導電弾性層を設け、さらに該導電弾性層上に軟質導電性
ポリマーに絶縁体粒子を分散させた表面層を形成し、こ
れらを積層して形成されている現像剤担持体を用いるこ
とを特徴とする静電潜像現像方法。