JP3054658B2 - 静電潜像現像方法 - 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像が、発生するという問
題がある。この現像を防ぐには、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。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、現像剤担持体が、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材を摩擦帯
電させて、現像剤担持体の該表面上に、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、代表的な構造例としては、導
電性基体上に絶縁性粒子を分散した弾性を有する導電性
材料からなる表面層が形成されているという構成になっ
ている。

導電性材料としては、導電度（電気抵抗）が10¹²Ω・
cm以下のものが使用されるが、所望する効果に応じて、
その導電度を調整して使用することが好ましい。例え
ば、10℃、15％RHの環境において、10⁶Ω・cm以下の低
抵抗とすることにより、絶縁性領域との間に形成される
電界を強めることができ、しかも高温高湿〜低温低湿の
環境安定性があり、また現像時に電極効果も生じること
となるので、好ましい態様ということができる。あるい
は、10℃、15％RHの環境において、10¹²Ω・cm以下、好
ましくは10¹⁰Ω・cm以下で、且つ30℃、80％RHの環境に
おいて、10⁸Ω・cm以上と中抵抗にした場合には、現像
におけるγ特性が良く、中間調再現性が良くなる上に、
バイアスを印加した際、そのリーク防止に有効である。
具体的な導電性材料としては、ゴム材料（エラストマ
ー）中に導電性付与剤と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）、ブタジエンゴム
（BR）、イソプレンゴム（IB）、ニトリル−ブタジエン
ゴム（NBR）、ニトリル−イソプレンゴム（INR）、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、絶縁性粒子材料としては、30℃、80％RHの環境
において、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、30
μｍ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。

なお、導電性材料や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。

導電性材料に対する絶縁性粒子の添加量は、導電性材
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。

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、前記の導電性材料に前
記の絶縁性粒子を、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、導電性材料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。

前述した現像剤担持体の構造例の他、現像剤担持体表
面近傍にマイクロフィールドを形成する方法として、現
像剤担持体表面を絶縁性で構成しておき、一様な微小電
荷パターンを直接付与する方法もあり、その場合には、
前記絶縁性表面層を弾性ゴム材料で構成させておけばよ
い。

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１ メチルビニルシロキサン生ガム 100部 フルオロシロキサン生ガム 100部 乾式シリカ 30部 （商品名Ｒ−972;日本アエロジル社製） ふっ素系界面活性剤 ２部 （商品名DS−401;ダイキン工業社製）絶縁性シリコー
ン粒子 100部 （商品名Ｅ−501;トーレ・ダウコーニング・ シリコーン社製）（平均粒径10μｍ） 上記混合物を２本ロールで混練した後、混合物100部
に対し架橋剤（2,4−ジメチル−2,4−ジ−ターシャリー
ブチルペルオキシヘキサン：商品名RC−4:トーレ・シリ
コーン社製）1.5部を添加し、成型用コンパウンドを調
製した。

予め導電プライマー（商品名DY39−011;トーレ・シリ
コーン社製）が塗布されたSUS製金属ローラ上に、上記
処方の成型用コンパウンドを塗布し、一次加硫:170℃/1
0分、120kgf/cm²、二次加硫:200℃/4時間の条件下でプ
レス成型して表面層を形成した後、研磨して、現像ロー
ラを作製した。

実施例２ 実施例１で用いた絶縁性シリコーン粒子の代わりに、
絶縁性シリコーンラバー粒子（商品名トレフィルＥ−85
0;トーレ・シリコーン社製）を用いた以外は、実施例１
と同様にして現像ローラを作製した。

評価 実施例１及び２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、トナーの帯電量及びトナーの付
着量を測定した。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、トナー薄層化ブレード
はウレタンゴム製のものを、トナー供給ローラは導電性
ウレタンスポンジ製のものを、トナーは正帯電トナー
を、感光体はアルミニウム製筒状支持体上に有機電荷発
生層を有機電荷移動層とを順次設けてなるドラム状感光
体を、装填した。

第１表の結果から、実施例１及び２によって作製され
た現像ローラは、安定したトナー付着量とトナー帯電量
を得ることができる上に、ドラム感光体を使用した接触
現像装置に容易に使用できることが分かる。

実施例３ 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） 100部 硬化剤（商品名RC−4;トーレ・シリコーン社製） １部 絶縁性粒子（＊） 80部 （＊）トーレ・シリコーン社製のシリコーンゴムSE1185
uを凍結粉砕し、分級して平均粒径約100μｍの粒子とし
たもの。

上記混合物を二本ロールで混練した後、予じめ導電性
プライマー（商品名DY39−001;トーレ；シリコーン社
製）が塗布されたSUS製金属ローラ上に巻き付け、１次
加硫（170℃/10分、120kgf/cm²）、２次加硫（200℃/4
時間の条件下でプレス成型）後、表面を研磨して現像剤
担持体を作成した。なお、この現像剤担持体をJIS K930
1に基づき、常温、72時間の条件で圧縮永久歪みを測定
したところ８％であった。

この現像剤担持体を、実施例１で用いた現像装置に組
込み、潜像担持体と同方向等速現像したところ、接触振
動に基づくスジ状の濃度ムラの発生は認められなかっ
た。

〔発明の効果〕

請求項（１）の現像方法は、現像剤担持体の弾性表面
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、該担持体は
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。

また、請求項（５）の現像方法は、使用する現像剤担
持体の表面弾性層が環境安定性に優れた高電気抵抗と低
電気抵抗の材質の組み合わせから構成されているので、
常に良好な画像が得られる。

また、請求項（６）の現像方法は、使用する現像剤担
持体の表面弾性層が、中電気抵抗の導電性材料から構成
されているので、バイアスのリーク防止効果があり、画
像の中間調におけるγ特性を向上することができる。

【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 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 (72)発明者 平野 泰男 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 青戸 淳 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63−106768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−62469（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−100482（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/09

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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ことを特徴とする静電潜像現
   像方法。