JPH04247480A - 画像形成装置 - 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】

【０００１】

【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
て可視像化する画像形成装置に関するものである。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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６０−２２９０
６７号公報）、スキン層付き弾性体（特開昭６０−２２
９０６０号公報）及びファーブラシ（特開昭６１−４２
６７２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）、絶縁被覆ローラ体（特
開昭５５−４６７６８号公報）中抵抗体被覆ローラ（特
開昭５８−１３２７６８号公報）及び絶縁面と導電面を
持つ電極ローラ（特開昭５３−３６２４５号公報）等が
開示されている。

【００１０】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６０−２２９０６７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、トナーとトナー供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。

【００１１】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、トナー供給部材と現像
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。

【００１２】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”という現象、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象を
、発生するという問題がある。この現象を防ぐには、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。

【００１３】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、５〜２０μＣ／ｇ（好ましくは１０〜１
５μＣ／ｇ）の値が望まれる。そして、経時的に安定し
たトナー付着量とトナー帯電量を得るために、現像ロー
ラ表面にトナーが付着する、いわゆる“トナーフィルミ
ング”を防止することも強き望まれる。

【００１４】これらの問題点を解消するために、本発明
者は、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現
像方法及びその装置」を提案した。

【００１５】かかる発明は、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、充分に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。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ただ、前記のような現
像剤担持体表面の近傍に多数のマイクロフィールドが形
成される画像形成装置においては、現像剤担持体により
、多量のトナーを担持し搬送する場合、後述するように
、トナーは該担持体表面の誘電体部上に多層に重なる形
態をとり、担持される（参考；図３）。この場合、トナ
ー層の上部と下部において、帯電に差が生じる。即ち、
下部においては現像剤担持体表面の誘電体により充分に
帯電するが、上部ではほとんどこの誘電体と接触しない
ため、帯電量があまり得られない。従って、上部では低
帯電量、下部では高帯電量というような帯電量の分布が
トナー層に発生してしまう。特に、上部では帯電量が極
端に低く、逆極性トナーも存在する。このために、鮮明
さに欠けた画像となったり、地汚れを発生するといった
ような問題を生じることが判明した。

【００１７】従って、本発明の目的は、前記の画像形成
装置において、現像剤担持体上に形成される多層状態の
トナー層全体に同等の帯電量を付与することにより、鮮
明な高画質画像を得ることができる画像形成装置を提供
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、少なくとも表面が現像剤担持体表面の誘電体
部と同じ誘電性材料からなるトナー層厚規制部材を具備
した画像形成装置が、上記目的に適合することを知見し
、本発明を完成するに至った。

【００１９】即ち、本発明によれば、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
持現像剤を層厚制部材によって均一な厚さに規制した後
、該層厚規制担持現像剤によって静電潜像を可視像化す
る画像形成装置であって、前記現像剤担持体がその表面
に誘電体部と導電体部が微小面積で混在している構成を
有し、且つ前記層厚規制部材の少なくとも表面が前記現
像剤担持体の誘電体部と同じ誘電性材料から構成されて
いることを特徴とする画像形成装置が提供される。

【００２０】本発明の画像形成装置によると、現像剤担
持体表面の近傍に多数の微小閉電界が形成されるので、
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
る上に、本画像形成装置は少なくとも表面が現像剤担持
体表面の誘電体部と同じ誘電性材料からなるトナー層厚
規制部材を具備するという構成にしたことから、現像剤
担持体上に均一な帯電量分布を有する多層状態のトナー
層が形成されるので、充分なトナー付着量を保持すると
共に、均一で充分な帯電量をトナーに付与することがで
き、その結果、地汚れのない鮮明な高品質画像を得るこ
とができる。

【００２１】以下、かかる画像形成装置について説明す
る。図１に本発明の代表的な画像形成装置の現像剤担持
体部を中心とした概要を示す。図１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、現像を終了した本発明の現像剤担持体（現像ローラ
）２０は、矢印の方向に回転（例えば４００ｒｐｍ）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３０
０ｒｐｍ）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）３
０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、接触又は
非接触現像により、潜像が現像される。ここで必要に応
じて、現像剤担持体２０、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などを印加
して、最適な画像を制御することができる。

【００２２】次に、このタイプ（電極タイプ）の現像剤
担持体２０へのトナー付着のメカニズムについて説明す
る。現像剤担持体２０の例としては、例えば図２に示さ
れるように、その表面に誘電体部と導電体部とが微小面
積で混在するように構成されている。面積の大きさは、
形状が円形であるとした場合、径が１０〜５００μｍの
大きさの微小面積がランダムに又はある規則にしたがっ
て分散している。面積比としては、導電体部の面積が２
０〜６０％の範囲が好ましい。

【００２３】トナー付着は次のようになる。まず、現像
を終了した現像剤担持体２０は、矢印の方向に回転して
トナー供給部材４０と接触する。ここで現像しなかった
非画像部の残トナーは、トナー供給部材４０により機械
的、電気的にかきとられ、誘電体部は摩擦によって帯電
する。このとき前の現像による現像剤担持体２０とトナ
ーの電荷は、摩擦により一定化され、初期化される。次
に、供給部材４０によって運ばれたトナーは、摩擦によ
り帯電し、現像剤担持体２０の誘電体部に静電的に付着
する。このときの極性は、感光体電荷に対してトナーは
逆極性にまた現像剤担持体２０の誘電体部は同極性とな
る。

【００２４】また、このときの現像剤担持体２０上の電
界は、図２に示されるようにマイクロフィールド（閉電
界）となり、電界傾度の大きい電界となって、図３に示
されるようにトナーを多層に付着させることが可能とな
る。また、付着したトナーは閉電界となっているので、
現像剤担持体２０側に強く引かれ離れにくい状態となる
。

【００２５】このトナー層は、更にトナー層厚規制部材
３０によりトナー層厚が制御され、現像領域８０に達す
る。特に、本発明の装置においては、このトナー層厚規
制部材３０は、図４に示されるように、少なくともその
表面が、現像剤担持体表面の誘電体部と同一の誘電性材
料からなるという構成をとっているため、ここではトナ
ー層厚が制御されると同時に、帯電付与も行なわれる。 しかも、トナー層の全体のトナーに同等の帯電量が付与
され、均一な帯電量分布の多層トナー層が形成される。 現像領域８０での現像剤担持体２０と静電潜像担持体（
感光体）１０間の電界は、電極効果が大きくなり、現像
剤担持体２０上のトナーは静電潜像担持体１０に付着し
易い電界となり、現像が行なわれる。

【００２６】次に、本発明の装置で使用される現像剤担
持体について説明する。本発明で使用される現像剤担持
体は、前記したように、その表面に導電体部と誘電体部
とが微小面積で混在している構成となっているが、その
代表的な構成例としては、図２に示されるＶ溝型ローラ
が挙げられる。

【００２７】現像剤担持体の誘電体部に用いる材料とし
ては、アルキッド樹脂、塩素化ポリエーテル、塩素化ポ
リエチレン、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹
脂、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエチレン、メ
タクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリウ
レタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、シリコ
ーン樹脂等の樹脂や、ブタジエンゴム、スチレンブタジ
エンゴム、エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴム
、塩素化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、ニト
リルゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム
等のゴムなどが挙げられるが、耐熱性、耐湿性の観点か
らみてシリコーン樹脂、フッ素系樹脂の使用が好ましい
。

【００２８】一方、現像剤担持体の導電体部に用いる材
料としては、従来公知のＡｌ、ＳＵＳ、Ｆｅ、Ｎｉなど
の金属類やセラミックス類などの他に、前記の誘電体材
料として例示された樹脂やゴムに、カーボンや金属微粒
子などの導電性粒子を添加し、導電化したものなどを用
いることができる。

【００２９】本発明装置において、トナー層厚規制部材
は、少なくともその表面を構成する誘電性材料として、
前記現像剤担持体を構成する誘電体と同じものが用いら
れる。該層厚規制部材は少なくともその表面が現像剤担
持体を構成する誘電体と同じものであれば良く、図４に
示されるブレード状のものの他に、図５に示されるよう
なロール状のものでも良い。

【００３０】本発明で用いる現像剤担持体を作製するに
は、スプレー、ディッピング、射出成形、押し出し成形
、プレス成形等の通常の成形方法を採用することができ
る。図２に示したＶ溝型ローラの場合、例えば以下のよ
うにして作製される。 （ｉ）まず、表面をＶ溝加工した金属ローラを作製する
。格子状のＶ溝加工方法てとしては、アヤメローレット
加工などの方法で行なう。Ｖ溝は０．１〜０．５ｍｍピ
ッチとし、ローラ長手方向に対して、約４５゜の角度に
加工する。〔参照；図６（ａ）〕 （ｉｉ）次に、Ｖ溝加工した金属表面に、前記誘電体材
料をスプレー、ディッピングなどの方法によりコーティ
ングし、所定の条件（温度、時間）で硬化若しくは乾燥
する。塗布膜の厚みはＶ溝が完全に埋まる状態にする。 〔参照；図６（ｂ）〕 （ｉｉｉ）続いてローラの表面を切削又は研磨加工によ
り導電面と誘電面が微小面積で混在するように削り、導
電部面積が２０〜６０％になるように削る。〔参照；図
６（ｃ）〕。

【００３１】本発明で用いられるトナー層厚規制部材を
製作するには、例えば金属のような基板に前記の誘電体
材料を、ディッピング、プレス成形、押し出し成形、射
出成形、水蒸気加硫、スプレー塗工等の工法により、図
４のようなブレード状のものが作製される。また、金属
ロールに上記と同様の工法により、図５のようなロール
状のものを作製することも可能である。

【００３２】

【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。

【００３３】実施例１ まず、下記組成からなる誘電体形成材料を調製した。 〔誘電体形成材料〕 　　　　アクリル変性シリコン樹脂　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１００部　　　　　（ＫＲ９７０６；信越化学工業
社製）　　　　キシレン　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２００部　　　　ｎ−ブタノ
ール　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２００
部

【００３４】次の要領により現像剤担持体（現像ロー
ラ）を作製した。 （ｉ）アルミローラ（φ２５）の表面にアヤメローレッ
ト加工により、Ｖ溝を設けた。Ｖ溝は０．２ｍｍピッチ
とし、ローラ長手方向に対して約４５度に加工した。 （ｉｉ）Ｖ溝加工したアルミローラ表面に、前記誘電体
形成材料をコーティングした後、２００℃／３０分の条
件で硬化、乾燥した。塗布厚みは、Ｖ溝が完全に埋まる
状態とした。 （ｉｉｉ）ローラの表面を切削し、導電面（アルミ面）
と誘電面が微小面積で混在するようにして、導電体部面
積が５０％となるようにした。

【００３５】別に、前記誘電体形成材料を、ＳＵＳ板に
約１００μｍの厚さでコーティングし、２００℃／１５
分の条件で硬化、乾燥し、トナー層厚規制部材とした。

【００３６】実施例２ 誘電体形成材料として下記組成のものを使用した以外は
、実施例１と同様にして現像ローラを作製した。 〔誘電体形成材料〕 　　　　ポリエステル変性シリコン樹脂　　　　　　（
ＫＲ５２２１；信越化学工業社製）　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１００部　　　　酢酸
セロソルブ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　７００部

【００３７】比較例１ 実施例１において、トナー層厚規制部材をＳＵＳ板とす
る以外は、実施例１と同じとした。

【００３８】比較例２ 実施例２において、トナー層厚規制部材をＳＵＳ板とす
る以外は、実施例２と同じとした。

【００３９】評価 　　各現像ローラ及びトナー層厚規制部材を図１に示さ
れる現像装置に装着し、トナーの帯電量（ブローオフ法
）及びトナーの付着量（テープ転写法）を測定し、また
出力画像を観察した。それらの結果を表１に示す。なお
、上記現像装置において、トナー供給部材は導電性ウレ
タンスポンジ製のものを、感光体としてＯＰＣを、また
トナーとして負帯電トナー（実施例１、比較例１）ある
いは正帯電トナー（実施例２、比較例２）を、それぞれ
装填した。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１の結果から、本発明の画像形成装置に
よると、充分なトナー付着量を保持すると共に、均一で
充分な帯電量をトナーに付与することができ、地汚れの
ない鮮明な高品位画像を得ることができることが分かる
。

【００４２】

【発明の効果】本発明の画像形成装置は、現像剤担持体
がその表面に誘電体部と導電体部とが微小面積で混在す
るという構成を有し、且つトナー層厚規制部材の少なく
とも表面が現像剤担持体の誘電体部と同じ誘電性材料か
らなるという構成とにしたことから、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
持現像剤を層厚規制部材によって均一な厚さに規制した
後、該層厚規制担持現像剤によって静電潜像を可視像化
する画像形成方法に、本発明の画像形成装置を用いると
、その現像剤担持体の誘電体部に充分なトナー付着量を
保持することができると共に、均一で充分な帯電量をト
ナーに付与することが可能となる。従って、本発明の装
置により、地汚れのない鮮明な高濃度の高品質画像を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】現像剤担持体上にマイクロフィールドの電界を
形成させる本発明の画像形成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。

【図２】図１で示される装置において、現像剤担持体上
にマイクロフィールドによる閉電界が生成している状態
を説明するための模式断面図である。

【図３】図１で示される装置において、現像剤担持体上
に付着したトナー層の状態を説明するための模式断面図
である。

【図４】本発明で使用されるトナー層厚規制部材のブレ
ード状構成例を示す模式断面図である。

【図５】本発明で使用されるトナー層厚規制部材のロー
ル状構成例を示す模式断面図である。

【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明で使用される現
像剤担持体の作製過程における表面状態を示す模式断面
図である。

【符号の説明】

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

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　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、該担持現像剤を層厚規制
   部材によって均一な厚さに規制した後、該層厚規制担持
   現像剤によって静電潜像を可視像化する画像形成装置で
   あって、前記現像剤担持体がその表面に誘電体部と導電
   体部が微小面積で混在している構成を有し、且つ前記層
   厚規制部材の少なくとも表面が前記現像剤担持体の誘電
   体部と同じ誘電性材料から構成されていることを特徴と
   する画像形成装置。