JPH03287279A - 現像装置及びそのトナー担持体の製造方法 - 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、現像装置に用いられるトナー担持体の製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

潜像担持体に形式した静電潜像を可視像化して記録画像
を得る電子複写機、レーザプリンタ或いはファクシミリ
等の画像形成装置において、必要に応じて補助剤を外添
した非磁性トナー、すなわち非磁性の一成分系現像剤を
用いる現像装置を採用することは従来より周知である。

この形式の現像装置は、回転囲動されるトナー担持体に
上述の非磁性トナーを供給し、該担持体の表面に非磁性
トナーを担持して搬送し、潜像担持体とトナー担持体が
互いに対向した現像領域にて、潜像担持体に形式された
静電潜像を、トナー担持体上の非磁性トナーによって可
視像化するものである。かかる現像装置は、キャリアを
含む二成分系現像剤を用いる現像装置に比べ、装置の維
持管理を簡素化でき、装置の構造を小型化できる利点が
得られる。しかもカラートナーを用いることにより、カ
ラー画像を形成するときも、トナーが非磁性であるため
、磁性トナーを用いた場合に比べ、鮮明なカラー画像を
得ることができる。

ところで、−成分系現像剤を用いる現像装置において、
所定濃度の高品質な可視像を形式するには、充分に帯電
した多量のトナーを現像領域へ搬送し、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１−ナーを用いた場合には、１ヘナ一担持体に内設
した磁石の磁力を利用して、トナー担持体上に多量の１
−ナーを担持できるので、上述の要求を比較的容易に満
たすことが可能である。

ところが非磁性トナーを用いたときは、これを磁力によ
って１〜す一担持体上に担持させることができないため
、上述の要求を満たすことは容易でない。

そこで本出願人は、導電性の基体表面に、導電性の接着
剤を介して導電性粒子を分散させて固定し、その−ヒか
ら誘電体をコーティングし、その硬化後に表面を研磨な
いしは研削して、導電性粒子の導電面と誘電体を表面に
露出したＩ・ナー担持体を用い、該誘電体を所定の極性
に帯電することにより、トナー担持体表面の近傍に多数
の微小閉型界を形威し、静電潜像の可視像化に用いられ
る非磁性トナーを前記閉型界によってトナー担持体表面
に付着させ、この１−ナーにより潜像を可視像化する現
像装置を提案した（特願平２−１５１１０号）。

この現像装置は、閉型界の作用により、充分に帯電した
多量のトナーをトナー担持体上に担持させることができ
、高品質な可視像を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上述した認識から出発するものであって、その
目的とするところは、上記形式の現像装置に用いられる
トナー担持体をより低コストでかつ簡単に得ることので
きるトナー担持体の製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、導電性の基体表面に
溶射によって金属粒子を溶着させ、その表面に誘電体を
コーティングし、その硬化後に、表面を研磨ないしは研
削して前記金属粒子の導電面と、誘電体を表面に露出さ
せることを特徴とするトナー担持体の製造方法を提案す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。

第１図は本発明に係る方法によって製造されたトナー担
持体を有する現像装置の一例を示す概略図であり、先ず
その全体構成と作用を明らかにする。

第１図において、潜像担持体の一例であるベルト状の感
光体１は矢印へ方向に駆動され、これに対向して現像装
置２が設けられている。現像装置２のトナー容器３内に
は、必要に応じて補助剤が外添された非磁性トナー４、
すなわち非磁性の一戊分系現像剤が収容されている。ト
ナーの体積固有抵抗率は１０７〜１０１２Ω印程度であ
る６１−ナー容器３の前後の側板には、該容器の開口か
ら一部を露出した状態で現像ローラ５が支持され、該ロ
ーラ５は感光体１に対向して、図における反時計方向に
例えば４００ｒｐｍの回転数で回転駆動される。現像ロ
ーラ５はトナー担持体の一構成例をなすものであるが、
かかるローラ５の代りにベルト状のトナー担持体を用い
ることもできる。またトナー容器３の前後の側板にはト
ナー供給部材の一例であるＩ〜ルナ−給ローラ６が支持
され、該ローラ６は現像ローラ５に接触しながら例えば
３０Ｏｒｐｍの回転数で反時計方向（又は時計方向でも
よい）に回転駆動される。

トナー容器３内のトナー４は、時計方向に回転するアジ
チータフにより撹拌されつつ、トナー供給ローラ６に運
ばれ、次いでこのローラ６によって現像ローラ５に供給
される。この供給時に１〜ナーは所定の極性、本例では
感光体１の静電潜像と逆極性の正極性に摩擦帯電され、
現像ローラ５の局面に静電的に付着し、現像ローラ５に
担持される。これに関連する構成と作用については後に
詳しく説明する。

上述のように現像ローラ５の周面に供給担持されたトナ
ーは、該ローラ５の回転によって搬送され、層厚規制部
材の一例であるドクターブレード８によってならされ、
均一な厚さに規制される。

次いでこのトナーは感光体１と現像ローラ５の対向した
現像領域９へ搬送され、ここで、感光体ｌに形成された
静電潜像に静電的に移行し、該潜像を可視像化する。

現像に供されずに現像領域９を通過したトナーは、現像
ローラ５に担持されたまま１−ナー供給ローラ６のとこ
ろに戻される。また感光体工上に形成された可視像は図
示していない転写紙に転写され、定着装置によって転写
紙上に定着される。

上述した構成自体は従来より公知な現像装置と変りはな
く、かかる従来の現像装置においては、充分に帯電した
多量の非磁性トナーを現像領域へ搬送することが難しく
、可視像の濃度が低下する恐れがあった。

そこで図示した現像装置においては、第２図及び第３図
に模式的に拡大して示したように、現像ローラ５として
、例えばアルミニウム等の導電性ローラ１０より成る基
体の周囲表面に多数の微小金属粒子１１２が導電性ロー
ラ１０に対して導通状態で分散して固定され、これらの
金属粒子１１２を埋め込んだ状態で誘電体１１が導電性
ローラ１０に積層されているローラが用いられている。

金属粒子１１２の導電面１２とそのまわりの誘電体工１
の表面が外部に露出し、現像ローラ５の表面は平滑に形
成されている。表面に露出した導電面１２の形状やその
大きさは適宜設定できるが、その形状が円形ないしはほ
ぼ円形であるとした場合、その径Ｄ１は例えば１０乃至
５００μｍ、好ましくは５０乃至３００μ１１１程度に
設定され、その中心間距離Ｐ１は、例えば１００乃至５
００μｍ程度に設定される。また表面に露出した導電面
１２の形が矩形ないしはほぼ矩形であるとき、その−辺
の長さは例えば１０乃至５００μｍ程度である。現像ロ
ーラ５の全表面積に対する、全導電面１２の総和の表面
積比率は例えば２０乃至８０％、好ましくは２０乃至６
０％程度に設定される。

このように比率を定めることにより、後述する閉型界の
電界強度を高め、現像ローラ５上に最適な量のトナーを
付着させることが可能となる。

現像ローラ５の導電性ローラ土○には、必要に応じて直
流、交流、直流重畳交流、パルスなどのバイアス電圧が
印加され、可視像の画質が高められるようにすることも
できるし、導電性ローラ１０をアースしておくように構
成することも可能である。トナー供給ローラ６に対して
も同様である、また本例では誘電体土工としてトナーの
帯電極性と反対の極性、すなわち負極性に摩擦帯電され
る材質のものが選択される。

一方、現像ローラ５に接するトナー供給ローラ６は、現
像ローラ５の誘電体１↓に接触して、これをトナーの帯
電極性と反対の極性（本例では負極性）に摩擦帯電させ
る材料から構成されている。

第１図及び第２図に示した例では、トナー供給ローラ６
が、導体の芯部材１４とそのまわりに積層された円筒状
の発泡体１５より成り、この発泡体１５が弾性変形しな
がら現像ローラ５に圧接している。このような１〜ナー
供給ローラ６を用いた場合、発泡体１５を、上述のよう
に誘電体１１を負に摩擦帯電させる材料によって構成す
ればよい。

発泡体１５の代りに、例えばファーブラシ等、それ自体
公知のものを用いるごともできる。

上記構成のより詳細な作用を説明すると以下の通りであ
る。

第１図を参照して先に説明したように、現像領域９を通
過した現像ローラ部分はトナー供給ローう６のところに
移動して該ローラ６に接触する。

ここで現像ローラ５上に担持されている、現像に供され
なかったトナーはトナー供給ローラ６により機械的、電
気的に掻き落される。同時に、現像ローラ５の誘電体１
１は、トナー供給ローラ６との摩擦によってトナーの帯
電極性と反対の負極性に帯電される。その際、現像領域
９を通過した現像ローラ周面の誘電体１１に、感光体ｌ
の静電潜像の影響による静電的な残像が残っていても、
トナー供給ローラ６との摩擦により、誘電体工１がほぼ
飽和状態まで帯電し、その電荷量が均一となるため、残
像はなくなり、現像ローラ５が初期化される。

一方、トナー供給ローラ６の周面に接触しながら現像ロ
ーラ５に運ばれるトナーは、第２図に模式的に示すよう
にトナー供給ローラ６との摩擦によって正極性に摩擦帯
電され、現像ローラ５に供給されるが、このときこの現
像ローラ５、特にその誘電体工１との摩擦によりさらに
正極性に強く摩擦帯電され、現像ローラ５の周面に静電
的に付着する。

このとき、現像ローラ５の誘電体１１は負極性に摩擦帯
電していて、その表面中に導電面１２が存在するので、
現像ローラ５の表面は、誘電体１１のところに選択的に
負極性の電荷が付与された状態となっている。これによ
り第４図に示すように、各導電面上２と、そのまわりの
負に帯電した誘電体１↓の間に閉型界が形成され、現像
ローラ５の表面の近傍には無数と言える程多数の微小閉
型界（マイクロフィールド）が形成される。すなわち、
電界の状態を表わす電気力線を考えた場合、現像ローラ
５の表面近傍の空間には、第４図に円弧状の多数の線で
表わしたように電気力線Ｅが形成され、その電気力線は
現像ローラ５から出て同一の現像ローラ５に戻り、誘電
体１１と各導電面１２との間に閉型界が形成されるので
ある。このように電界傾度の大なる電界が現像ローラの
表面近傍に形成される。

誘電体１１の表面中に微小面積の導電面上２が混在して
いるため、各閉型界は所謂エツジ効果ないしはフリンジ
ング効果（周辺電場効果）によってその強度が大変強く
なる。かかる閉型界によって、正に帯電したトナーは、
誘電体↓１に強く弓かれ現像ローラ５」二に多量に離れ
難い状態で保持される。その際、トナーはトナー供給ロ
ーラ６と現像ローラ５との摩擦によって強く摩擦帯電し
ており、しかも現像ローラ５の表面に強い微小閉型界の
作用で保持されるので、現像ローラ５上には高い電荷を
持った多量の１−ナーが担持される。しかも、現像ロー
ラ５に担持された１−ナーが例えばウレタンよりなるド
クターブレード８によって層厚を規制されるとき、帯電
の充分なトナーは微小閉型界によって現像ローラ５の表
面に強く保持されるが、かかるトナーに帯電量の小なる
トナーが混在していても、これはドクターブレード８と
の接触圧によって除去され、結局、帯電量の大なる１−
ナーだけが、従来よりも多量に現像領域９へ搬送され、
前述の如く静電潜像を可視像化する。現像領域９での現
像ローラ５と感光体１との間の電界は、電極効果が大き
くなり、現像ローラ５上の１ １ヘナーが感光体１に付着しやすい状態となる。このよ
うにして可視像の画像濃度を高め、かつその地汚れを防
止することができる。

なお、現像ローラ５の表面近傍には、第４図に模式的に
示したようにその全体に亘って微小閉型界だけが形成さ
れる場合と、閉型界でない電界が閉型界に混在する場合
とが考えられるが、いずれにしても閉型界が存在するの
で、その強度が高められ、トナーを多量に担持すること
ができる。

従来公知の現像装置においては、１−フタ−ブレートを
通過した後の現像ローラの表面に約０．１〜Ｑ　、　３
　ｍｇ／ａ＃のトナーを付着できる程度であったため、
特にカラートナーを用いた場合、現像ローラ上のトナー
の付着量が不足していた。そこで従来は、現像ローラの
回転速度を高め、その線速を感光体の線速の３乃至４倍
程度に設定し、これによって現像領域へ搬送されるトナ
ー量を増大させ、可視像の濃度低下を防止する方法も採
用されている。ところか、このように両者の線速を設定
すると、感光体上に形成されたベタ画像の感光体移動２ 方向後端側だけが他の部分に比べて濃度が異常に高くな
る「後端Ｉ−ナー寄り」と称せられる現象が発生し、そ
の画質が劣化する。この不具合を除去するには、現像ロ
ーラの線速を感光体の線速と等しくするか、又はこれに
近づける必要があるが、このようにすると、カラートナ
ーの場合、現像ローラ上に例えば０．８〜１．２ｍｇ／
−程の１〜ナーを付着させなければならず、従来公知の
現像装置ではこれに対応することはできなかった。とこ
ろが、第１図に示した現像装置では、可視像の地汚れを
防止でき、かつそのシャープネスを高めるべく、５〜２
０（好ましくは１０−１５）　μｃ／ｇ程に帯電した多
量のトナー（例えば０．８〜１．２ｍｇ／己）を現像領
域に搬送でき、現像ローラ５の線速を感光体１の線速と
等しくし、又はこれに近づけることが可能となる。

なお、第１図の例では現像領域９において非接触現像を
行っているが、接触現像方式により潜像を可視像化して
もよい。また」二連した例では、誘電体］↓を１−ナー
と逆極性に帯電させたが、１・す−の帯電極性と同極性
に誘電体土工を帯電させ、特に導電面１２上に多量のト
ナーを付着させることも可能である。

次に、参考として非磁性トナーと現像装置の主要部材の
材質を例示する。

１〜ナーとしては、一般にポリエステル、ＢＭＡ、ポリ
スチレン、エポキシ、フェノールなどの樹脂が基本とな
り、１〜ナーに内添又は外添する極性制御剤によりその
帯電極性及び帯電量を制御できる。

なお、外添とは極性制御剤などの補助剤をトナーと混合
することであり、内添とは各１〜す一粒子に練り込んだ
状態で一体化することである。

また現像装置の各部材も、トナーを帯電極性、トナーと
の離型性、耐久性などを考慮して、例えば次に例示する
如きものが適宜使用される。

次に、」二連した現像ローラ５を本発明に従って製造す
る方法の具体例を説明する。

先ず、第５図に示すように現像ローラの素材となる導電
性の基体、すなわち円筒状の導電性ローラ］Ｏを切削な
どによって加工して製作する。このローラ１０としては
、ＡＭ、Ｃｕ、Ｆｅ等の金属製ローラが用いられる。

１５ ６ 次に第６図（ａ）に拡大して示す如く、導電性ローラ１
０の表面に溶射によって金属粒子１１２を分散させて溶
着する。このように金属粒子１１２は導電性ローラ１０
上に導通状態で固着される。

溶射は、溶融状態の金属をエア等の媒体によって、導電
性ローラ１０の表面に吹きかけ、その金属粒子１１２を
ローラ１０の表面に固着する方法であり、かかる金属粒
子１１２としては、ＡＱ、Ｎｉ、Ｃｕなどの純金属や合
金が適宜使用される。その粒径は１０乃至５００　ＩＬ
ｍ、特に５０乃至２００μｍ程度である。

上述の金属粒子土工２が硬化した後、第６図（ｂ）に示
す如く導電性ローラ１０の表面に誘電体上１をコーティ
ングし、これを乾燥硬化させる。

このときの誘電体１１の塗布厚みは全ての金属粒子１１
２が埋まるようにする。誘電体１１としては先に例示し
たもの、例えばフッ素樹脂（Ｍ硝子社製ルミフロンＬＦ
２００）を用い、これをコーティングした後、１００℃
の温度下で約３０分間乾燥させる。

上記誘電体１１が硬化した後、第６図（ｃ）に示す如く
その表面を研磨ないしは研削して表面をほぼ平滑にする
と共に、金属粒子１王２の導電面１２と誘電体１１の面
を表面に露出させ、導電面１２を誘電体上１の表面に混
在させる。このようにして、導電性ローラ１０の表面に
接着剤を塗布することなく、簡単に現像ローラ５を製造
することができる。現像ローラ５の表面積に対する導電
面１２の面積比率は、先にも示したように２０乃至８０
％、好ましくは２０乃至６０％である。

導電性ローラ１０の表面に溶着される金属粒子１１２は
適宜な形状であってよいが、これを球形ないしはこれに
近い形状にすると次の如き利点が得られる。

第５図に示した導電性ローラ１０を製作したとき、その
製作誤差によってローラ外周表面１０ａがローラ１０の
軸線Ｘに対して多少偏心してしまうことは一般に避けら
れない。例えば導電性ローラ１０の径りが１０乃至３０
ｎｎｎであるとき、偏心量δが２０μ■１程になってし
まうことは稀ではない。このように偏心した導電性ロー
ラｌＯの表面に先に説明した如く金属粒子１１２を固着
し、その上に誘電体１１をコーティングし、導電性ロー
ラ１０を回転させながらその表面を研磨ないしは研削す
るのであるが、ローラ１０の表面が偏心していると、こ
れに応じて誘電体１１の研削量がばらつくことになる。

すなわちローラ１０のある部分と他の部分とで、誘電体
の研削される厚さに相違ができるのである。

ここで、第７図（ａ）に示す如く、導電性ローラ１０に
固着された金属粒子１１２がほぼＶ字形の断面形状を有
しているものとして、その面を研削したとき、前述の偏
心によってローラのある部分ではＡで示した面に研削さ
れるが、他の部分ではＢ又はＣで示した面に研削される
ことになる。

このとき、Ｂ面に研削された部分と０面に研削された部
分を比較すると、外部に露出した金属粒子↓１２の表面
積は、ｂ、ｃで示したところから判るように大きく相違
し、２５０％程の相違が生じることもある。このように
現像ローラ５の表面に露出した金属粒子１１２の導電面
１２の面積がばらつくと、これと誘電体１１との間に形
成される微小閉型界の電界強度がばらつくことになり、
これに応じて現像ローラ５上に付着するトナーの量がば
らつく。このため、感光体の静電潜像に付着するトナー
量、すなわち可視像の濃度にばらつきを生じることにな
り、画質が低下する。

ところが、第７図（ｂ）に示すように金属粒子１１２が
球形であると、これがＡ面で研削されたときも、Ｂ面に
研削したときも、或いは０面で研削されたときも、符号
ａ、ａｌで示したところから判るように、研削後の金属
粒子の導電面１２の面積はほとんど変らず、せいぜい１
０乃至工５％程相違するだけである。このように導電面
１２と、そのまわりの誘電体１１の面の面積比率のばら
つきを抑えることができるため、完成した現像ローラ５
を使用したいとき、その表面近傍に形成される微小閉型
界の強さを現像ローラ全体に亘って均一化でき、均一量
のトナーを担持して濃度むらのない高品質な可視像を形
威することができる。

９− ところで、第２図乃至第６図に示した現像ローラ５にお
いては、その各金属粒子１１２を互いに分散した状態で
導電性ローラ１０に固着したが、第８図（ａ）に示すよ
うに、導電性ローラ１０上に溶射によって溶着した金属
粒子↓１２を部分的又は全体に亘って互いに一体に溶着
させ５その表面に凹凸を作るようにしてもよい。この場
合も、第８図（ｂ）、（ｃ）に示す如く、その上に誘電
体１１をコーティングし、かつその硬化後にその表面を
研磨ないしは研削することによって、誘電体表面中に導
電面１２が分散した現像ローラ５を得ることができる。

また第６図（ｃ）又は第８図（ｃ）に示したように製作
した現像ローラ５の表面にさらに所定厚さの誘電層を積
層してもよい。このような現像ローラによると、第１図
に示した現像領域９において、感光体１と現像ローラと
の間で電荷のリークを防止でき、かかるリークに起因す
る静電潜像の乱れを防止できる利点が得られる。

ベルト状のトナー担持体を製作するときは、第２０− ５図乃至第６図及び第８図に示した導電性ローラ１０の
代りに、導電性のシートより戊る基体を用いればよい。

なお、第１図及び第２図に示した実施例では、誘電体１
１を所定の極性に帯電させることにより、トナー担持体
表面の近傍に微小電界を形威し、潜像の可視像化に用い
られる非磁性トナーを閉型界によってトナー担持体に付
着させる帯電手段として、トナー供給ローラ６を用いた
が、これ以外の独立した帯電手段を適宜用いてもよいこ
とは当然である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、表面に多数の微小閉型界を形成できる
トナー担持体を簡単かつ低コストで製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は現像装置の一例を示す概略断面図、第２図は現
像ローラの金属粒子と、誘電体と、該ローラに付着する
トナーを模式的に拡大して示した説明図、第３図は同じ
く誘電体を拡大して示した現像ローラ表面の平面図、第
４図は誘電体により形成される微小電界の電気線を示し
た説明図、第５図は導電性ローラの斜視図、第６図（ａ
）。 （ｂ）、（ｃ）は現像ローラの製造工程を説明する模式
拡大図、第７図（ａ）、（ｂ）は球形の金属粒子を用い
たときの利点を説明する図、第８図（ａ）、（ｂ）、（
ｃ）は現像ローラの製造方法の他の例を示す説明図であ
る。 工１・・・誘電体　　　　１２・・・導電面１１２・・
金属粒子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 導電性の基体表面に溶射によって金属粒子を溶着させ、
   その表面に誘電体をコーティングし、その硬化後に、表
   面を研磨ないしは研削して前記金属粒子の導電面と、誘
   電体を表面に露出させることを特徴とするトナー担持体
   の製造方法。