JPH01150182A - 現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一成分絶縁性磁性現像剤を用いて静電像を可
視化し、常に安定した可視像が得られる現像装置に関す
るものである。

従来の技術 一般に静電像を現像する方法には、現像剤がトナーとキ
ャリアから構成される二成分現像方法と、トナー単体で
構成される一成分現像方法とがある。

二成分現像方法では、可視像となるトナーはキャリアと
異なる帯電極性を持ち、現像装置内でキャリアと撹はん
されることにより比較的安定した帯電が行われ、一定の
電荷量を持つ。しかしながらキャリアに寿命があるため
に、一定期間で現像剤を取り替えなくてはならず、また
トナーは現像毎に消費されるが、キャリアは殆ど消費さ
れることがなく、安定した最終画像を得るためには、ト
ナーとキャリアの混合比を一定に保つ装置が必要であっ
た。またトナーとキャリアとの摩擦帯電を担う攬はん装
置を現像ｖｔ装置内設ける必要があった。

近年ではこの問題点を解決するために、数多くの現像装
置で一成分現像方法が取り入れられている。例えば英国
特許第１３９６９７９号公報にみられるようなトナーを
導電部材間の高電場下において物理的に急速撹乱するこ
とによりトナーに注入帯電が行われることを利用した現
像法や、米国特許第４１０２３０５号公報に記載されて
いるような一定以上の電界を印加すると抵抗値が急激に
低下する現像剤を用いて静電像保持部材と現像剤保持部
材との間に交番電界を発生させ静電像を可視化する現像
法や、米国特許第４２５９４２７号公報に記載されてい
るようなトナー粒子相互の摩擦によりトナーを帯電させ
静電像を現像する方法や、米国特許第４２９２４２７号
公報に記載されているような現像剤層を静電像保持部材
に直接接触させずに非接触の状態で、静電像保持部材と
現像剤保持部材との間に交番電界を発生させトナーを選
択的に飛行させ現像する方法などがある。

発明が解決しようとする問題点 このようなキャリアを含まない一成分現像方法に於てト
ナーへの電荷付与、すなわち帯電は、電界からの電荷注
入、もしくはトナー同志の摩擦帯電、あるいは現像剤保
持部材や現像剤規制部材などの導電部材との接触帯電に
よって得られていると考えられている。

電界からの電荷注入による帯電を利用した現像方法では
、現像位置に存在する電界に依存してトナーの帯電量が
決定される。一般の現像装置では、非画像部へのトナー
付着（いわゆるカブ１月を防止するために、現像剤保持
部材に一定の直流バイアスを与えこれを防止しているが
、電荷注入による帯電を利用した現像方式ではこのバイ
アスによってトナーが所望の極性とは逆極性に帯電され
、非画像部へのトナー付着を招く。

トナー相互の摩擦帯電を用いる現像方法では、同種どう
しの粒子の帯電あるためにトナー相互の比較的激しい撹
乱が必要である。このために多くの場合現像剤保持部材
に内包される磁気ロールを高速で回転させることで、ト
ナー相互の撹乱を発生させ帯電させている。この磁気ロ
ールを高速で回転させることは、現像剤保持部材からの
トナー飛散を起こし現像装置またはその周辺装置を汚染
させる。またトナー相互の撹乱であるが故に、必要とさ
れる帯電極性とは逆極性のトナーが発生し、このために
現像剤保持部材に印加する現像バイアスの設定条件が非
常に狭い範囲となる。また一定板上の逆極性トナーが現
像剤中に含まれると最終画像が安定しない。

導電性部材との接触帯電を用いる現像方法では導電性部
材のトナーと接触する表面積によって必然的に帯電する
トナー量が決定される。そのために現像剤保持部材上の
トナー層は薄層とする必要があり、この方法として従来
現像剤規制部材を弾性体で形成しこれを現像剤保持部材
に圧接する方法や、また現像剤規制部材を磁性体で形成
する方法などが提案されている。前記のような方法では
、現像剤保持部材上のトナー層は１００μｍ以下の非常
に薄いトナー層となる。このトナー層を均一に形成する
ためには、トナーを均一に搬送できる保持部材が必要で
あり、そのために現像剤保持部材表面に凹凸をつける、
いわゆるサンドブラスト処理等が施されていた。このサ
ンドブラスト処理は、長期間使用すると徐々に研磨され
、それ故必然と現像剤保持部材に寿命が発生する。また
現像剤保持部材の凹凸部や現像剤保持部材に当接してい
る現像剤除去部材が研磨されて金属微粒子が発生し現像
領域において現像電界により絶縁破壊を起こし最終画像
に放電状の画像むらが発生する場合がある。またトナー
層が１００μｍ以下の薄層であるために、非接触現像を
行うと最終画像の濃度が十分得ることが出来ず、トナー
を飛しょうさせるために最終画像の解像力低下を招（、
これを回避するために静電像保持部材と現像剤保持部材
との離間距離を１００μｍ以下に設定して、トナー層と
静電像保持部材とを接触させるためには、各部品の高機
械加工精度が必要となる。

一方上記のような問題点を鑑み、現像剤規制部材を非磁
性部材で形成し、４００μｍ程度のトナー層を形成し静
電像保持部材と現像剤とを接触１して現像を行ったとこ
ろ、トナー流動性向上の目的で添加している疏水性シリ
カがトナーから遊離して、これが現像剤保持部材表面に
付着、蓄積しその電荷により現像剤保持部材上に不均一
な電圧が発生し、最終画像に濃淡むらが発生した。

本発明は上記問題点を鑑み、一成分絶縁性磁性現像剤を
用いて常に安定した高品質の画像を得ることが出来る現
像装置を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明の現像装置は、一成
分絶縁性磁性現像剤と、固定磁界発生手段を内包し表面
あらさが１．０μｍ以下である非磁性導電性材よりなる
現像剤保持部材と、前記現像材保持部材上の前記一成分
絶縁性磁性現像剤の層厚を規制する非磁性材よりなる現
像剤規制部材と、前記一成分絶縁性磁性現像剤を静電像
保持部材に摺擦させて静電像を可視化するに際し前記静
電像保持部材と前記現像剤保持部材との間に交流成分を
含むバイアス電圧を印加するバイアス電源と、前記静電
像を可視化した後の前記現像剤保持部材上の前記一成分
絶縁性磁性現像剤を除去し前記現像剤保持部材に当接す
る部材が絶縁性部材よりなる現像剤除去部材とにより構
成されている。

作用 本発明は上記した構成によって、常に安定した高品質の
画像を得ることが出来る。すなわち現像剤保持部材に内
包した磁界発生手段（磁気ロール）を固定し、これによ
り逆極性トナーの発生を最小限に抑え、また現像装置及
びその周辺装置へのトナー飛散を減少させる。一方、現
像剤保持部削土の現像剤を静電像保持部材に摺擦させて
現像を行うことにより、静電像に忠実な現像を行い十分
な画像濃度でかつ高解像の最終画像を得ることが出来る
。また現像剤保持部材の表面あらさを１．０μｍ以下と
することにより、現像剤保持部材の寿命の考慮の必要が
無くなり半永久的に使用することが可能となり、研磨さ
れた金属微粒子による現像領域での絶縁破壊もない。

一方、現像後の現像剤保持部削土の現像剤を除去する現
像剤除去部材を備えることにより、トナーから遊離した
疎水性シリカが現像剤保持部材表面に付着、蓄積し、そ
の電荷により現像剤保持部削土に不均一な電圧が発生す
ることもない。

また現像剤保持部材に当接する部材が絶縁性部材よりな
る現像剤除去部材を設けることにより、現像剤除去部材
が研磨されてもこれが絶縁部材の微粒子であるために、
現像領域での絶縁破壊がない。

実施例 以下、本発明の具体的な一実施例について添付した図面
に基ずいて詳述する。第２図は、本発明の現像装置が適
用される電子写真法を利用した印字装置の一例を示す内
部構造図である。第２図において、１２は印字装置本体
であって、その略中央部に像担持体、具体的には感光体
ドラムｌが矢印方向へ回転駆動されるように設けられて
いる。ドラムｌの周囲には、帯電用チャージャ１３、本
発明に従う現像装置２６、転写用チャージャ１４、分離
除電用チャージ中１５、クリーニング装置１６が感光体
ドラムｌの矢印で示されている回転方向に順次配設され
、ドラム１の回転に伴って動作し、ドラムｌの回転と同
期して搬送される転写紙１７上に、トナー像を転写させ
る作像部を構成している。

この作像部は、感光体ドラム１をクリーニング装置１６
によりクリーニングした後、帯電用チャージャ１３によ
り帯電される。ドラム１のこの帯電表面には、例えば半
導体レーザダイオードと多面回転体、及びレンズ光学系
からなる露光系１８により露光され、静電潜像が形成さ
れる０次に、この静電潜像を本発明に従う現像装置２６
によってトナー現像し、現像後のトナー像を、同期を取
って送られてくる転写紙１７上へ転写用チャージ中１４
によって転写させる。さらに、転写後の転写紙１７は分
離除電用チャージャ１５によってドラム１の表面から分
離される。転写紙１７が分離された転写後のドラムｌの
表面は、クリーニング装置１６により残留トナーをかき
落とされ最初の状態に戻る。

作像部の左側には、前記転写紙１７を運ぶベルト帯電用
チャージャ２０によって帯電され、転写紙１７を静電力
によって吸着する搬送ベル）１９、及び転写紙１７上の
転写トナー像を加熱融着させる加熱定着器２１が配設さ
れて通常の電子写真印字装置を構成している。給紙部は
、給紙カセット２２が印字装置本体１２の一方の側面へ
張り出す状態で装着され、給紙ローラ２３を駆動するこ
とによって給紙カセット２２から転写紙１７をタイミン
グローラ２４へ送りだし、ガイド板２５によって案内さ
れて、前記作像部へ感光体ドラム１上のトナー像の移動
と同期を取って送り込む。

以上は、本発明に伴う現像装置が適用される印字装置の
一例を示したものである。

第１図は、本発明を前述の電子写真印字装置に適用した
現像装置の内部構造図である。第１図において１は静電
像保持部材であり、接地された導電性支持層の表面に有
機半導体をベースやこした光導電層が形成されており、
矢印で図示した方向に移動速度１５０ｆｌ／ｓｅｃで回
転している。静電像保持部材１の表面は、均一帯電時に
は−７００Ｖに帯電され、その後に原稿に対応した光が
照射され照射部の電位が減衰する。２は非磁性導電性材
料よりなる現像剤保持部材であり、外径２５ｍで表面あ
らさが０．２〜０．５μｍに加工され、移動速度は静電
像保持部材と同方向に１５０ｍ／ｓｅｅで回転している
。

この現像剤保持部材２の内部には４極の固定された磁界
発生手段（磁気ロール）３がある。磁気ロール３の現像
位置での磁力は現像剤保持部材２の表面において８００
Ｇａｕｓｓの磁界が形成される。静電像保持部材ｌと現
像剤保持部材２との最小間隙は０．３０ｆｌに設定され
ている。４は非磁性部材よりなる現像剤規制部材であり
、これ辷より現像域へ搬送される現像剤層の層厚は一定
となる。現像剤規制部材４の肉厚は３ｆｌである。また
現像剤保持部材２と現像剤規制部材４との最小間隙は０
．１５ｍｍに設定され、磁気ロール３の現像剤規制位置
での磁力は現像剤保持部材２の表面において１０００Ｇ
ａｕｓｓの磁界が形成されている。これにより、現像位
置での現像剤層の層厚は０．３５ｍとなり、現像位置に
おいて現像剤は常に静電像保持部材と接触、摺擦してい
る。５は現像剤除去部材であり、肉厚０．５鶴の非磁性
ステンレスを基材としてその表面に約５０μｍの厚さで
ポリテトラフルオロエチレン８がコートされており、現
像剤保持部材２の接線方向に圧接されている。現像剤除
去部材の絶縁性部材は、現像剤保持部材よりも機械硬度
が弱い部材を用いることがのぞましい、これにより現像
剤除去部材自体が研磨されても金属粉が発生することも
ない。６は一成分磁性現像剤であり、ポリエステル系樹
脂中に３７重量％のフェライト系磁性体を含存しかつ含
金属染料系荷電制御剤を３重量％含有させたものを主成
分とし、これに定着性改善のために離型剤を添加し、通
常の現像剤作成方法に従い作成し、表面性改善のために
疎水性シリカを０．５％後添加したものであり、平均粒
径が８．５μｍ、東芝ケミカル社製ブローオフ粉体帯電
量測定装置Ｔ　Ｂ−２００で測定した粒径１５０μｍの
基準鉄粉キャリアとの帯電量が−２３，７μｃ／ｇであ
る。なお本実施例に使用したトナーは一例であって本特
許がこれに限定されないということはいうまでもない。

７は現像剤保持部材３に印加するバイアス電源であり、
直流成分を一６Ｏ０ｖ、交流成分を正弦波で振幅値を２
０００Ｖ　（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ）　、周波数を
２ＫＨｚと設定しである。

このような現像装置を用いて１００００枚の連続動作を
行ったところ、最終画像は非画像部へのトナー付着は殆
どなく最大画像濃度は１．４２〜１．４８であり非常に
安定したものであり、解像力も４００Ｄｏｔ／１ｎｃｈ
以上の解像力を有していた０次にバイアス電源６の直流
成分を一４Ｏ０ｖより一６３０ｖまで変化させたところ
、非画像部へのトナー付着も殆どみられなかった。

次に現像剤保持部材の表面あらさを１．５μｍとして他
の条件は前記実施例と同様に設定して連続動作を行なっ
たところ、現像剤保持部材が連続動作とともに徐々に研
磨され金属粉が発生して、この金属粉が現像バイアスに
よって放電を起こし最終画像に悪影響を及ぼした。実験
によれば現像剤保持部材の表面あらさが１．０μｍ以下
であれば金属粉が発生することはほとんどない。

また現像剤除去部材を導電性部材のみで形成し他の条件
は前記実施例と同様に設定して連続動作を行なったとこ
ろ、現像剤除去部材かわずがであるが研磨され、これに
よって最終画像に悪影響を及ぼすことがあった。実験に
よれば現像剤保持部材の抵抗値が、現像剤と同程度であ
れば最終画像に悪影響を及ぼすことはない。

次に本実施例に用いた一成分磁性現像剤を断面積２ｄ、
厚さｌ■に充填し、これを試料として横河ヒューレット
パッカード社製超絶縁抵抗計４３２９Ａにてその抵抗値
を測定したところ、１．０Ｘ１０”Ｖ／ｃｍより１．０
×１０３　Ｖ／ａｓの間の電界下では、第３図に示すよ
うな抵抗値であり、この電界下では、３．０Ｘ１０ＩＳ
Ω（２）から８．５Ｘ１０”０個の抵抗値を示した。次
にこの一成分磁性現像剤を用い、静電像保持部材の静電
像の電位を＋５００ｖより一３００ｖまで１００ｖきざ
みに変化させ、現像剤保持部材に交流成分２０００Ｖ　
（Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ）　、２　ＫＨｚのみのバ
イアスを印加して他の条件は前記実施例と同様に設定し
て、付着するトナー量、および付着するトナーの電荷量
（帯電量）を測定したところ第４図に示すような結果と
なった。この結果より使用したトナーは、トナー帯電極
性（本実施例ではマイナス）と同極性のマイナス帯電の
静電像に対してはトナーの付着は殆どなく、一方向性帯
電であることが分かる。また静電像電位をプラス２００
以上にすると、トナー帯電量の電界依存性がないことが
分かる。

ここで−成分磁性現像剤を用いて、静電像保持部材と現
像剤保持部材との間に交流成分を含むバイアス電圧を印
加する効果について説明する。

まずバイアス電圧が一定の直流成分のみである場合、磁
気ロールによって現像剤保持部材の表面に形成される磁
気ブラシが、単に静電像と接触し、接触した穂先のみで
現像が行われ一定の直流バイアスによって非画像部の現
像剤が除去される。次に静電像保持部材と現像剤保持部
材との間に交流成分を含むバイアス電圧を印加すると、
磁気ブラシの穂先のみで静電像と接触するのではなく、
磁気ブラシが振動、撹乱されて現像が行われる。これに
より最終画像は画像部のみを効果的に可視化され、非画
像部への静電像と同極性の現像剤の付着も効果的に除去
せしめられ、カプリもなく原稿に忠実な最終画像となる
。

静電像保持部材と現像剤保持部材との間隙が０．３鶴の
場合、交流成分の印加電圧の振幅値（Ｐｅａｋｔｏ　Ｐ
ｅａｋ）は３００≦Ｖ≦２４００　（Ｖｏｌｔ）に設定
すればよい、実験によれば、３００ｖ以下であれば、交
流成分による磁気ブラシが振動、撹乱される効果が薄れ
、前記のような効果は現れない、また２４００　Ｖ以上
に設定すると、静電像保持部材と現像剤保持部材との間
の現像剤層が絶縁破壊を起こす０本発明では現像剤層が
絶縁破壊を起こすと、前記のような効果はない。

ところで体積抵抗が１０１４Ω（２）以上である絶縁性
磁性−成分現像剤とは異なり、カーボンや磁性体を多量
に含む、いわゆる低抵抗現像剤を使用する場合、静電像
保持部材と現像剤保持部材との間隙が０．３ｍであると
、現像剤層が振幅値（Ｐｅａｋ　ｔ。

Ｐｅａｋ）が５００ｖ程度の交流バイアスを印加するだ
けで絶縁破壊を起こす。このために振幅値の大きな交流
バイアスは印加することは出来ず、更に静電像保持部材
と現像剤保持部材との間や現像剤保持部材と接地部との
間に抵抗やコンデンサなどの保護回路を設けなくてはな
らない。ところが体積抵抗が１０′４Ω口以上である一
成分磁性現像剤を用い現像剤保持部材の表面あらさを１
．０μｍ以下とした場合、現像剤層が絶縁性であり、か
つ金属微粒子の現像域への混入がないために、静電像保
持部材と現像剤保持部材との間隙が０．３Ｎで２４００
　Ｖ程度までの振幅値の交流バイアスを印加することが
でき、これにより交流バイアスによるより効果的な現像
を行うことが出来る。また実用的な使用範囲に於て、保
護回路も必要ない。

また交流バイアスの周波数も効果的な周波数に設定しな
ければならない。単に画像部のみを効果的に可視化する
（即ち画像濃度を上げる）には周波数を１００〜５００
０Ｈｚに設定すればよい。しかしカブリ等を効果的に除
去せしめるには５００Ｈｚ以上にすることが望ましい。

加えて５００Ｈｚ以下であると最終画像に濃淡むらが発
生する場合がある。また逆に周波数を５０００Ｈｚ以上
にすると、交流バイアスの効果が薄れる。これは磁気ブ
ラシが印加した交流成分に追随して振動、撹乱されない
ためである。

以上のことから交流成分の周波数は５００〜５０００Ｈ
ｚに設定すれば好適である。

なお本実施例で使用した交流バイアスの電圧波形は正弦
波であったが、矩形波、三角波、鋸歯状波等であっても
よい。

また本実施例で使用した現像剤除去部材は、非磁性ステ
ンレス材を基材としてその表面に樹脂を塗布した部材を
用いたが、材料が本実施例限定されるものではなく、こ
れが弾性ゴム材よりなる弾性ブレードであってもよいし
、絶縁性フィルムであってもよいし、金属部材に絶縁体
フィルムを張り合わせた部材であってもよい。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明は、一成分絶縁
性磁性現像剤と、固定磁界発生手段を内包し表面あらさ
が１．０μｍ以下である非磁性導電性材よりなる現像剤
保持部材と、前記現像材保持部材上の前記一成分絶縁性
磁性現像剤の層厚を規制する非磁性材よりなる現像剤規
制部材と、前記一成分絶縁性磁性現像剤を静電像保持部
材に摺擦させて静電像を可視化するに際し前記静電像保
持部材と前記現像剤保持部材との間に交流成分を含むバ
イアス電圧を印加するバイアス電源と、前記静電像を可
視化した後の前記現像剤保持部材上の前記一成分絶縁性
磁性現像剤を除去し前記現像剤除去部材に当接する部材
が絶縁性部材よりなる現像剤除去部材とを有することを
特徴とする現像装置であり、これにより常に安定した高
品質の画像を得ることが出来る。すなわち現像剤保持部
材に内包した磁界発生手段（磁気ロール）を固定し、こ
れにより逆極性トナーの発生を最小限に抑え、また現像
装置及びその周辺装置へのトナー飛散を減少させる。一
方、現像剤保持部材上の現像剤を静電像保持部材に摺擦
させて現像を行うことにより、静電像に忠実な現像を行
い十分な画像濃度でかつ高解像の最終画像を得ることが
出来る。また現像剤保持部材の表面あらさを１．０μｍ
以下とすることにより、現像剤保持部材の寿命が無くな
り半永久的に使用することが可能となり、研磨された金
属微粒子による現像領域での絶縁破壊もない。

【図面の簡単な説明】

構造図、第３図は実施例における現像剤の電界に対する
抵抗値を示す特性図、第４図は実施例における現像剤の
電界に対するトナー付着量、および帯電量の特性図であ
る。 １・・・・・・静電像保持部材、２・・・・・・現像剤
保持部材、３・・・・・・固定磁界発生手段（磁気ロー
ル）、４・・・・・・現像剤規制部材、５・・・・・・
現像剤除去部材、６・・・・・・−成分磁性現像剤、７
・・・・・・バイアス電源。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名／−ｍ−…
を像保存部材 ４−一一現橡者ｌ婢濁舒材 第１ＣＩ ／−一一静電考像担持本 第　２　図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一成分絶縁性磁性現像剤と、固定磁界発生手段を
   内包し表面あらさが１．０μｍ以下である非磁性導電性
   材よりなる現像剤保持部材と、前記現像材保持部材上の
   前記一成分絶縁性磁性現像剤の層厚を規制する非磁性材
   よりなる現像剤規制部材と、前記一成分絶縁性磁性現像
   剤を静電像保持部材に摺擦させて静電像を可視化するに
   際し前記静電像保持部材と前記現像剤保持部材との間に
   交流成分を含むバイアス電圧を印加するバイアス電源と
   、前記静電像を可視化した後の前記現像剤保持部材上の
   前記一成分絶縁性磁性現像剤を除去し前記現像剤保持部
   材に当接する部材が絶縁性部材よりなる現像剤除去部材
   とを備えたことを特徴とする現像装置。
2. （２）一成分絶縁性磁性現像剤の体積抵抗が１０＾４Ｖ
   ／ｃｍの電界下で１０＾４Ωｃｍ以上であることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の現像装置。
3. （３）現像剤除去部材が現像剤保持部材に当接し、現像
   剤除去部材の現像剤保持部材に当接する部材が１０＾１
   ＾４Ωｃｍ以上の絶縁性部材で構成されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の現像装置。
4. （４）バイアス電圧の交流成分の振幅値（Ｐｅａｋｔｏ
   Ｐｅａｋ）Ｖ（Ｖｏｌｔ）および静電像保持部材と現像
   剤保持部材との最小間隔ｄ（ｍｍ）が次式、 １×１０＾３≦Ｖ／ｄ≦８×１０＾３ を満足するように設定されたことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項、第（２）項または第（３）項のいず
   れかに記載の現像装置。
5. （５）バイアス電源の交流成分の周波数ｆ（Ｈｚ）が次
   式、 ５×１０＾２≦ｆ≦５×１０＾３ を満足するように設定されたことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項、第（２）項または第（３）項のいず
   れかに記載の現像装置。