JPH01178986A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真装置や静電記録装置において静電潜
像を可視像化するする現像装置に関し、さらに詳しくは
一成分現像剤を用いて現像を行う現像装置に関する。

（従来の技術） 一成分現像剤（以下では“トナー”と呼ぶ）を静電潜像
に接触させることによって現像を行う現像方法のひとつ
として、加圧現像法（ＩｎｐｒｅｓｓｉＯｎ　ＤｅＶｅ
１０ｐＨｅｎｔ）が知られている（特開昭４７−１３０
８８号公報、特開昭４７−１３０８９号公報、米国特許
筒３．１５２，０１２号明細書、米国特許筒３，７３１
，１４６号明細書等）、このような従来公知の加圧現像
法は、静電潜像とトナー粒子（もしくはトナー担持体）
とを実質的に零の相対周辺速度で接触させる点を特徴と
しており、磁気作用を必要としないため現像装置を簡素
化・小型化することができ、また、非磁性−成分トナー
を使用できるなめ、カラー化に適している等の多くの利
点を有している。

本発明者らは、このような公知の加圧現像法のうち、特
開昭４７−１３０８８号報に記載の方法を追試すべく次
のような実験を行った。すなわち、第２図に示すように
、金属シャフト１の外周にポリウレタンフォームの弾性
層２を設け、その外周面に可撓性導電性基体３さらにそ
の表面にグラファイト粒子を分散した樹脂層４を被覆し
た弾性体ローラ５をトナー担持体とし、その表面にトナ
ー分配ブレード６によって非磁性トナー薄１７を形成し
た。

静電潜像保持体８とトナー薄１７を実質的に零の相対速
度で接触させながら現像を行ったところ、一応潜像の可
視像化は行われたが次の問題点が見いだされた。

すなわち、 ■　充分な画像濃度を得ようとすると非画像部に地力ブ
リが発生してしまい、逆にトナー粒子を確実に牽擦帯電
させ地力ブリを抑制すべくトナー層厚を薄くすると画像
濃度が不充分となる。

■　トナー薄層７のＨ厚に若干の不均一が生じるのは避
は難いが、上記の加圧現像法においてはこのトナー層の
ムラが画像に顕著に現われる。

■　ベタ画像のエツジやライン画像の切れが悪く、シャ
ープな画像が得られない。

これらの問題に対し、上記の一連の公知の現像装置では
何らの解訣策をも与えていない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記の問題点に鑑み、新規で優れた現像装置を
提供すべくなされたもので、上記の加圧現像法の長所を
保持しつつより良好な画質が得られる現像装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成コ 〈問題点を解決するための手段） 本発明は弾力性を有し、かつ少なくとも表面が導電性を
有するトナー担持体ローラと該トナー担持体ローラの表
面にトナー薄層を形成する手段とを有し、このトナー薄
層を静電潜像保持体に接触させることによって前記静電
潜像を可視像化する現像装置であって、前記トナー担持
体ローラ表面と前記静電潜像保持体の接触位置において
、前記トナー担持体ローラ表面と前記静電潜像保持体表
面が同一方向に移動し、かつ前記トナー担持体ローラ表
面の移動速度が前記静電潜像保持体表面の移動速度より
も速くなるように設定したことを特徴とするものであり
、これにより前記従来の問題点を解決することができる
。

（作　用） トナー担持体ローラ表面の移動速度をＶ「、静電潜像保
持体表面の移動速度をＶｅ、トナー担持体ローラ表面に
形成されるトナー層の付着密度、すなわちローラ表面の
１Ｌｉあたりに付着するトナーの重量をｍ　［１１（］
／ｃ／］　、）ナー担持体ローラとの接触によって静電
潜像保持体表面の単位面積あたりに供給されるトナーの
量をＭ［ｌｌＯ／ｄ］とすると、Ｍとｍの間には次の関
係が成立する。

Ｖ「 Ｍ＝□・ｍ　　・・・・・・（１） Ｖｅ 従って、たとえばトナー担持体ローラを潜像保持体の２
倍の速度で移動させると、トナー担持体ローラ表面には
、等速移動の際に必要とされるトナー層の１７２の量の
トナー層を形成すればよいことになる。第２図に示した
トナー分配ブレード６のような規制部材によってトナー
層を形成する場合、トナー粒子はブレード６およびトナ
ー担持体ローラ５との空振によって帯電するが、トナー
を確実に帯電させるためにはトナー層の厚さ（またはト
ナー付着量）をできるだけ小さくすることが好ましい、
何故ならば、トナー層が厚い場合には、トナー担持体ロ
ーラ５およびトナー分配ブレード６のいずれにも接触せ
ずにブレードの下を通過するトナー粒子、すなわち未帯
１＋−ナー粒子がトナー層中に混入しこれが非画像部に
付着して地力ブリを生ぜしめるからである。

これに対して、（１）式はトナー担持体ローラ表面の速
度を増せば薄いトナー層で高濃度の現像像を得ることが
でき、かつ地力ブリを抑制することが可能で前述した■
の問題を解決できることを示している。そして本発明に
よれば、以下述べるように、前述した■および■の問題
をも同時に解決することができる。

すなわち、トナー担持体ローラ表面と静電潜像保持体表
面の間に速度差があると、現像１位置において両者が互
いに摺擦しあうためトナー層の不均一性が画像に直接税
れることはなく、特にトナー担持体ローラ表面の移動速
度が速い場合には、現像位置の前段において一旦潜像保
持体上に付着した不均一画像が後続のトナー層によって
均一化される。同時にこのような摺擦過程においては、
トナー担持体ローラと静電潜像保持体との間に存在する
トナー粒子がころがり運動やすべり運動を呈し、その結
果画像部にトナー粒子を寄せ集める効果が得られるなめ
、両者の相対速度を零とした場合にくらべ画像のシャー
プネスは著しく改良される。

周知の磁気ブラシ現像法においても、現像剤層の静電潜
像保持体の相対速度がゼロの場合にはシャープな画像を
得ることができず、速度差をダ・えることによってはじ
めて磁気ブラシの掃き寄せ効果（磁気ブラシで潜像面を
掃くことによって粒子を画像部へ寄せ集め画像のシャー
プネスを改良する効果）が得られることは周知の事実で
あるが、本発明においても同様の現象が生起されるので
ある。

このようにして、本発明によれば前述した■〜■の従来
技術の問題をことごとく解決する顕著な作用が得られる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は、本発明に係る現像装置の一実施例を示す要部
断面図である。現像ローラ５は、金属シャフト１１の外
周に弾性体Ｍ１２および導電体層１３を順に設けたもの
で、反時計まわりに回転する０弾性体層１２はゴムスポ
ンジより構成され、導電体Ｊ’ｉ１３は導電性カーボン
粒子が分散された樹脂層より構成されている。なお、導
電体層の抵抗は１０２Ω・鼾になるように調整されてい
る。トナー薄層形成用ブレード１４は厚さ０．２１１１
１のリン青銅板より成っており、その自由端が現像ロー
ラ５に軽く押圧されている。このブレード１４には１０
ＭΩの保護抵抗を介して直流電源１５が接続されており
、現像ローラ５の表面導電層１３にバイアス電圧を供給
できるようになっている。現像ローラ５の表面には、上
記のブレード１４のほかにトナーこぼれ防止用シール部
材１６、トナー供給ローラ１７および感光体ドラム１８
が接触している。シール部材１６は、トナー容器１９の
中のトナー２０が外部にこぼれることを防止すると同時
に、現像ローラ表面の現像残りのトナーをこぼさずにト
ナー容器内に回収する機能を持っている。

本実施例では厚さ０．５１１１１のウレタンゴムシート
をスポンジ上に接着したものを用いた。トナー供給ロー
ラ１７は軟質ポリウレタンフォームより成っており、現
像ローラ５との接触位置において現像ローラとは逆向き
に回転する。本実施例のように、−成分系非磁性トナー
を用いる場合にはトナー粒子を現像ローラ５の表面に付
着させる力は鏡像力のみであり、磁性トナーに作用する
磁力に相当する遠隔作用力が存在しないため、ベタ画像
の現像などによってトナーが大量に消費された直後には
現像ローラ５へのトナーの供給が不充分となり後続の画
像にいわゆるゴーストを生じる場合がある。

トナー供給ローラ１７は表面に多数の発泡セルを有して
おり、これによって大量のトナーを現像ローラ表面へ供
給できるなめ、上記ゴーストを解消する上で大きな効果
を発揮する。現像ローラ５と感光体ドラム１８の接触幅
は約３ｎｎ　、現像ローラ５の回転周速は１８８１１ｎ
＋　／５ｅｃ（感光体ドラム１８の周速の４．０倍）と
した。

本実施例においては、レーザビームを感光体表面に照射
することによって潜像形成を行ういわゆるレーザビーム
プリンタに上記の現像装置を適用する場合について述べ
るが、原稿からの反射光を感光体上に結像させる方式の
いわゆる複写装置にも適用できることはもちろんである
。また感光体は負帯電型の有機光導電体とするが、セレ
ン系やアモルファスシリコン系の感光体を用いてもよい
。

周知のコロナチャージャによって表面電位−５５０ｖと
なるように均一帯電された感光体ドラムにレーザービー
ムを照射し画像部電位が−５０Ｖ　（露光部）、非画像
部電位が一５５０Ｖの静電潜像を形成する。しかる後に
、上記の現像装置によって反転現像を行う。トナー容器
１９内には負帯電型のポリエステル系樹脂を主成分とす
る黒色の１成分非磁性トナー２０が収納されており、現
像ローラ５の回転によって現像ローラ４の表面に均一な
トナー薄層が形成される。トナー粒子はブレード１４の
圧力下を通過する際に、ブレード１４および現像口−ラ
ラの表面との摩擦によって負に帯電する。

現像ローラに対するブレード１４の線圧、すなわち（全
圧力）／（ブレード自由端の長さ）を２０ｏ／Ｃとした
とき、現像ローラ５の表面の単位面積あたりのトナー付
着量は０．５１１ｇ／、７、トナー帯電量は一８μＣ／
ｇであった。ただし、トナー帯電量は、現像ローラ５の
表面に付着したトナーをエアーでファラデーケージ内に
捕集し、電荷量Ｑおよび捕集トナー量Ｍを測定してＱ／
Ｍより算出した。また、ブレード１４と現像ローラ５表
面の導電層の間の電気抵抗を測定しなところ、ローラ回
転時および静止時ともに１×１０　Ω前後の値を示した
。

この事実はブレード・ローラ間にトナー薄層が介在して
いてもブレード１４のエツジとローラ５表面の導電層の
電気的導通は比較的良好であり、ブレードに電圧を印加
すれば現像ローラ５にもほぼ同じ現像バイアスが印加さ
れることを示している。

上記条件下でブレード１４に一２５０Ｖの現像バイアス
を印加し、潜像の反転現像を実行したところ、画像濃度
１．３以上でカブリの全く無い極めてシャープな現像像
が得られた。

次に、諸現像条件のｉｊ、適範囲を調べることを目的と
して種々の実験を行った。はじめに、現像ローラ５の回
転周速を１６１１１／ＳｅＣから４２３１１１１／Ｓｅ
Ｃの範囲内で、すなわち感光体ドラム１８の回転周速の
１７３倍ないし９倍の範囲内で可変とし、画像との相関
を調べた。１．０倍以下ではドラムよりもローラの速度
が遅いため潜像へのトナー供給量が不足し、充分な濃度
の画像が得られなかった。１．０倍から１．５倍の範囲
内では、ローラ・ドラム間の速度差が小さいため（作用
）の項で述べた画像の均一性およびシャープネスを改良
する効果が充分に得られず、画質は貧弱なものとなった
。また、画像濃度も不充分となる傾向を示した。他方、
７倍を越えると画像濃度は充分なもののカブリや画像の
尾引き等が生した。これは、ローラ回転の遠心力による
トナー飛散や感光体へのトナー供給過剰によるものと思
われる。１．５倍ないし１．０倍の範囲内では極めて良
好な画像が得られた。

現像ローラ５と感光体ドラム１８の接触幅をＯ〜１２Ｉ
Ｉ１１の範囲で変化させたところＯ〜０．３ｎＩｌの範
囲では画像にムラを生じやすく、またシャープネスも不
満足なものとなった。一方６１１ＩＩを越えるとカブリ
や尾引きが発生した。従って、０．３〜６１１１１の範
囲が良好であった。現像ローラ５および感光体ドラムの
外径がおのおの２０ｎｒｅ、６０１ＩＮのとき、この接
触幅を接触深さに置きかえると　０．１〜２．０１が適
正範囲であった。

弾性体層１２が硬度１２．１２０および２２０の３種類
の硬質ウレタンフオームから成るローラとシリコーンゴ
ムから成るローラの合第１４種類のローラを試作し、現
像ローラ５の感光体ドラム１８の接触圧力をパラメータ
として画質の変化を調べな。

ただし、接触圧力はくドラムに対するローラの全圧力）
／（接触面積）により算出した。接触圧力は小さい方が
好ましいが、Ｉｋ（１／＋（以下であれば特に画像に問
題は生じなかった。　　１ｋ（Ｊ／ｃ／を越えるとカブ
リや尾引きが目立ち、画像部に濃度ムラを生じることも
あった。

現像ローラ５の表面粗さをパラメータとし、画質との相
関を調べな。現像ローラ５の表面導電層は導電性カーボ
ンを分散したポリエステル樹脂をコーティングしたもの
を用いた。コーティング層の表面粗さは０．１μｍであ
った。この表面をサンドブラスト処理によって粗面化し
、表面粗さ０．５μ階　２．０ＩＪｎ、３．２μ層、５
．３μ■としたものおよび無処理のローラの合計５種類
のローラを作成した。

実験による比較検討を行なったところ、３．２μｍおよ
び５，３μｔのローラではシャープな画像が得られず、
カブリも目立つ傾向が認められた。−方２．０μｍ以下
のときはシャープネス、濃度およびカブリの何れにも問
題は生じなかった。この現象は、表面が租いときにはト
ナー層が厚くなり未帯電トナーが増加すること、トナー
とローラ表面の摩擦力が大きいために現像位置における
トナー粒子のころがり運動やすべり運動が制約を受ける
ことの２つの原因によるものと思われる。従って現像ロ
ーラの表面粗さは２μｍ以下とすることが好ましい。

導電性カーボン添加量の異なる導電層を有する５１１！
類の現像ローラを作成し、導電層の電気抵抗と画質の関
係を調べた。導電層の比抵抗は１０２、ｔｏ５、ｉｏ９
．１ｏ１１および１０１３［Ω・ＣＩ］であった。

１０９Ω・１以下においては、現像バイアスの効果が顕
著に現われ、現像バイアスを一４００ｖ以下とすること
でカブリを完全に抑制することができた。

一方１０　　および１０１２Ω・印のローラを使用する
と現像バイアスの効果が認られず、カブリを抑制するこ
とは困難であった。

現像ローラ５の表面のトナー付着量は、画質に対し大き
な影響を与える。付着量が０．１ｕ／ｃぜ未満のときに
は、充分な画像濃度を得るためには現像ローラを感光体
ドラムの７．０倍以上の速度で回転させなければならず
、遠心力（こよるトナー飛散が生じたりベタ画像に濃度
ムラが発生したりした。

１．２１１（１／ｃ（を越えるとトナー層が厚すぎるた
めに未帯電トナーが混入し、これがカブリや尾びきをひ
き起こした。　　０．１１１（１／　ｄないし１．２ｕ
／ｃｄの範囲内であれば良好な画像を得ることができた
。

帯電したトナー粒子が現像ローラ表面に付着する力は、
主としてローラ表面の導電層へ向かう鏡像力によるもの
である。従ってトナーが重力に打ち勝ってローラ表面か
らこぼれ落ちずに付着し続けるためには、トナーはある
値以上の大きさの電荷量を持っていなければならない、
実験によれば、トナー帯電量の絶対値が１．０μＣ／（
］以上であればこぼれ落ちないことがわかった。逆に、
２５μＣ／ｇを越えると、トナー粒子はローラ表面に強
く束縛されるため感光体表面に転移することができない
場合があり画像濃度が不充分となる傾向を示した。

従って本発明においては、トナー帯電量の絶対値が１な
いし２５μＣ／（ｌの範囲内となるよう、トナー材料お
よび現像ｍ構造を調整することが必要である。

第３図は、本実施例の現像特性を、現像ローラ表面と静
電潜像の間の電位差をパラメータとして測定した結果を
示す特性曲線である０本発明の重要な特徴のひとつとし
て、現像電位と静電潜像が極めて近接しているためドラ
ム・ローラ間の電位差が小さい場合にも良好な現像が行
なわれること、すなわち低電位現像が可能であることが
あげられる。第３図の実験結果はこの特徴を良く表わし
ており、現像ローラ表面と静電潜像の画像部の間の電位
差の絶対値が１００Ｖ以上、６００■以下であれば画像
濃度１．２以上の良好な現像が行われることがわかる。

ただし、画像？Ｒ度とは、周知のコロナ転写法によって
ドラム上のトナー像を普通紙へ転写し、これを熱定着し
た後にその光学濃度を測定することによって得た値であ
る。また、同図に示されているカブリの測定結果から、
静電潜像の非画像部と現像ローラ表面との電位差の絶対
値が５０Ｖ以上であればカブリを１％以下におさえられ
ることがわかる。ただし、同図におけるカブリ（ＢＧ）
とは、未転写紙の光学反射率をＲｏ、転写・定着後の画
像の非画像部における光学反射率をＲとしたとき、 ＢＧ−Ｒａ　−Ｒ によって定義され、ＢＧ　１％以下のときには事実上刃
ブリが無いものとしこの値をカブリの良否の判断基準と
した。

上記実施例においては、負帯電型感光体と負帯電型トナ
ーの組合わせによる反転現像について述べたが、本発明
はこの組みあわせに限定されるものではない、また、ト
ナー薄層形成手段として弾性金属板を例示したが、金属
、樹脂等からなる剛性部材を現像ローラ表面に押圧する
ことによって良好なトナー薄層を形成することもできる
。現像ローラの弾性体層は、スポンジのような発泡材料
であってもシリコーンゴム、ネオプしンゴム等のゴム材
料であってもよい、現像バイアスは上記の実施例では金
属ブレードを介して現像ローラに印加されているが、そ
の他の手段として現像ローラの弾性体層を導電性とし、
金属シャフトと弾性体層を介して現像ローラ表面に給電
する方法等も実施可能である。

し発明の効果］ 以上、詳述したように、本発明によれば従来の加圧現像
技術の問題点、すなわち ■　充分な画像濃度を得ようとすると非画像部に地力ブ
リが発生し、逆に地力ブリを抑制すべくトナー層厚を薄
くすると画像濃度が不足する。

■　トナー薄層のムラが画像の濃度ムラとなって顕著に
現れる。

■ベタ画像のエツジやライン画像の切れが悪くシャープ
な画像が得られない。

といった画質にかかわる本質的な問題をことごとく解決
することができる。また、現像ローラを弾性体層と表面
導電層とから構成しているため極めて柔軟なローラを構
成することができ、潜像保持体表面を傷つけることなく
広い現像接触幅を得ることが可能となる。また、上記の
柔軟性により現像ローラの真円度等の機械精度にかかわ
る要求を大幅番こ緩和することができる。このようにし
て、本発明によれば常にムラの無いシャープな現像像が
得られ、画質および装置の設計、製作に対し多大の効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部断面図、第２図は
従来技術の一例を示す要部断面図、第３図は本発明に係
る現像装置による実験の結果を示す特性図である。 ５・・・・・・・・・トナー担持体ローラ１３・・・・
・・・・・導電体層 １４・・・・・・・・・トナー薄層形成手段１８・・・
・・・・・・静電潜像保持体２０・・・・・・・・・ト
ナー 出願人　　　　東京電気株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）弾力性を有し、かつ少なくとも表面が導電性を有
   するトナー担持体ローラ表面と、該トナー担持体ローラ
   の表面にトナー薄層を形成する手段を有し、このトナー
   薄層を静電潜像保持体に接触させることによって前記静
   電潜像を可視像化する現像装置であって、 前記トナー薄層と前記静電潜像保持体の接触位置におい
   て、前記トナー担持体ローラ表面と前記静電潜像保持体
   表面が同一方向に移動し、かつ前記トナー担持体ローラ
   表面の移動速度が前記静電潜像保持体表面の移動速度よ
   りも速いことを特徴とする現像装置。 （２）前記トナー担持体ローラ表面の移動速度が前記静
   電潜像保持体表面の移動速度の１．５倍ないし７．０倍
   の範囲内に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）前記トナー担持体ローラ表面と前記静電潜像保持
   体表面の接触幅が０．３ｍｍないし６ｍｍの範囲内にあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の現像装置。 （４）前記トナー担持体ローラと前記静電潜像保持体の
   接触圧力が１ｋｇ／ｃｍ＾２以下であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項記
   載の現像装置。 （５）前記トナー担持体ローラと前記静電潜像保持体の
   接触深さが０．１ｍｍないし２．０ｍｍの範囲内にある
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４項の
   いずれか１項記載の現像装置。 （６）前記トナー担持体ローラ表面の粗さが２μｍ以下
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
   ５項のいずれか１項記載の現像装置。 （７）前記トナー担持体ローラ表面が１０＾９Ω・ｃｍ
   以下の電気抵抗を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし第６項のいずれか１項記載の現像装置。 （８）前記トナー薄層を形成する手段によって前記トナ
   ー担持体ローラ表面に形成されるトナー薄層の付着密度
   が０．１ｍｇ／ｃｍ＾２ないし１．２ｍｇ／ｃｍ＾２の
   範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第７項のいずれか１項記載の現像装置。（９）前記
   トナー薄層の帯電量の絶対値が１μＣ／ｇないし２５μ
   Ｃ／ｇの範囲内にあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第８項のいずれか１項記載の現像装置。 （１０）前記トナー薄層を形成する手段が、前記トナー
   担持体ローラ表面に押圧された弾性部材もしくは剛性部
   材であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第９項のいずれか１項記載の現像装置。 （１１）前記静電潜像の画像部と前記トナー担持体ロー
   ラ表面の電位差の絶対値が１００Ｖ以上、６００Ｖ以下
   となるように前記トナー担持体ローラ表面に電圧を印加
   する手段を具備したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項ないし第１０項のいずれか１項記載の現像装置。 （１２）前記静電潜像の非画像部と前記トナー担持体ロ
   ーラ表面の電位差の絶対値が５０Ｖ以上となるように前
   記トナー担持体ローラ表面に電圧を印加する手段を具備
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の現
   像装置。