JPH01297688A - 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撹はん装
置を現像装置内に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２．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課題 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（いわゆるカブリ）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。また一定収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
する方法などが従業されている。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が研摩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１００７１ｍ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
を招く、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疎水性シリカ
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。

課題を解決するための手段 上記課題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、前記現像剤保持部材上の前記一成分絶
縁性磁性現像剤のＮ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
エツジ部が半径５μｍ以上５０１Ｉｍ以下の曲率半径を
有する形状であ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る。

一方、現像後の現像剤保持部材上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材上に不均一な電圧が発生す
ることもない。

また現像剤除去部材の現像剤保持部材に当接するエツジ
部に曲率半径を持たせることにより、現像剤除去部材の
エツジ部の圧接力が弱まり、現像剤保持部材及び現像剤
除去部材の摩耗■が著しく減少して金属微粒子による現
像領域での絶縁破壊がなく安定した画像を得ることがで
きる。

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５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５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
チャージャ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
り帯電させる。ドラム１のこの帯型表面には、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。次に、この静１！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ｊ＆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
ャ１４によって転写させる。さらに、転写後の転写紙１
７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１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ト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ｌ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ｌ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
機半導体をヘースに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１５０ｍｍ八ｅｃで回転し
ている。静電像保持部材ｌの表面は、均一帯電時には一
７００■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２５ｍｍ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１５０１１Ｉｍ／ｓｅｃ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１と現像剤保持部材２との最小間隙は０．３０ｍｍ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、これに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３ＩＩＩＩ
１１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１００
０　Ｇａｕｓｓ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
ｍ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、
第２図にその斜視図を示す。現像剤除去部材５は肉Ｔｑ
−０，２ｍｍのリン青銅板を基材としてそのエツジ部が
半径２０μｍにエツジング処理がなされており現像剤規
制部材２の接線方向に圧接されている。実験によれば、
エツジ部の曲率半径は５μｍ以上５０μｍ以下に設定す
ればよい。

５μｍ以下であると現像剤除去部材の摩耗量が大きくな
り金ｇ４微粒子が多く発生し最終画像に悪影響を及ぼす
。逆に５０μｍ以上であると現像剤除去部材５の機能が
低下する。すなわちトナーに添加している疎水性シリカ
が現像剤保持部材２表面に付着、蓄積し、その電荷によ
り現像剤保持部材２上に不均一な電荷が生じ、最終画像
にＦ！淡ムラが発生した。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重景％のフェライト系磁
性体を含有しかつ含金属染料系荷電制御剤を３重世％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ＴＢ−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
一例であづ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−６００Ｖ。

交流成分を正弦波で振幅値を２０００Ｖ　＜ピークツー
　ピーク；　ｌ’ｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ）　、周波数
を２Ｋｌ（ｚ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、Ｅｔ終再画像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４００　Ｄｏｔ／１ｎ
ｃｂ以上の解像力を有していた。次にバイアス電源６の
直流成分を一４００Ｖより一６５０Ｖ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、この金属わ〕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。

次に本実施例に用いた一成分磁性現像材を断面積２ｃｊ
、厚さ１閤に充填し、これを試料として横河ヒューレッ
トバ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、ＯＸ　１０３Ｖ／ｃ＋ｍより
１．０Ｘ１０４Ｖ／ｃｍの間の電界下では、第３回に示
すような抵抗値であり、この電界下では、３．ＯＸｌ□
＋ｓΩＣ膳から８．５×１０９Ω１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＋５００■より一５００Ｖまで１００Ｖき
ざみに変化させ、現像剤保持部材に交流成分２０００Ｖ
（ピーク　ツー　ピーク；　Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ
）、２Ｋ）ｌｚ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２００Ｖ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０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、カブ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０．３ｍｍ
の場合、交流成分の印加電圧の振幅値（ピーク　ツー　
ピーク；　Ｐｅａｋ　ｔｏ　Ｐｅａｋ）　　は３００≦
■≦２４００　（ボルト；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２４００Ｖ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。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１０１１Ωｃｍ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０．３　ｍであると
、現像剤層が振幅値（ピークツー　ピーク；　Ｐｅａｋ
　ｔｏ　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１０１４Ωｃｍ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０．３＋＋ａａで２４００Ｖ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
０１（ｚに設定すればよい、しかじカブリ等を効果的に
除去せしめるには５００七以上にすることが望ましい。

加えて５００セ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５０００１（ｚ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０以上のことから交流成分の周波数は５００
〜５０００１［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。

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、前記現像剤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エツ
ジ部が半径５μｍ以上５０μｍ以下の曲率半径を有する
形状であ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
掻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
より現像領域での絶縁破壊もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における現像装置の内部構造
図、第２図は本発明の一実施例における現像剤除去部材
の斜視図、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を示す特性図、第５図は印
字装置の一例を示す内部構造図である。 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・・・・・・−成分磁界現像剤、７
・・・・・・バイアス電源。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第３図 第４図 ＄４ｔ４Ｌ’ｌ１１：イｉ　Ｘ　１０４　（ｖｄｔ）（
−一一肝を像作符が利 １２−４γ判＆、！ｊ不体 ｆｊ−１覚７！＋デーシャ ｆ４−一一隼が蓼用す７−ジ〒 ｆ５・−分１１１余を月む−ジャ ｆ６−−クリー＝′Ｊ２’＊１ １７−転蓼広 ２２−−−１ｔＪφ（ｉヒツト ２３−’ｇ’＃ｖＤ−ラ ２４−−ダ４くシゲＤ−ラ

Claims (4)

【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、前記現像剤保持部材上の
   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
   材に当接するエッジ部が半径５μｍ以上５０μｍ以下の
   曲率半径を有する形状であ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、１０＾４
   Ｖ／ｃｍの電界下で１０＾１＾４Ωｃｍ以上であること
   を特徴とする請求項（１）記載の現像装置。
3. （３）バイアス電圧の交流成分の振幅値ボルト（Ｖ）お
   よび静電像保持部材と現像剤保持部材との最小間隙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請求項（１）または（２）
   のいずれかに記載の現像装置。
4. （４）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請求項（１）または（２）
   のいずれかに記載の現像装置。