JPH04470A - 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、トナー担持体の表面にトナーを担持して搬送
し、潜像担持体と前記トナー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トナ
ー担持体に担持されたトナーによって可視像化する現像
装置に関する。

〔従来の技術〕

潜像担持体に形成され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
添したトナー、すなわち−成分系現像剤を用いる上記形
式の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、キャリアを含む二成分系現像剤
を用いた現像装置に比べ、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。

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成するには、必要とされ
る程度まで充分に帯電したトナーを必要量現像領域へ搬
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。ところが従来の現像装置においては、可視像の画
質を低下させずに現像領域に充分な量のトナーを搬送す
ることは難しかった。特にカラートナーを用いた現像装
置では、黒トナーを用いた現像装置におけるよりも、所
定濃度の可視像を得るために多量のトナーを現像領域に
搬送する必要があり、従来の現像装置ではこれに対処す
ることが困難であった。

また、トナー担持体の表面に凹凸を形成し、これらの凹
凸にトナーを充填させて担持し、現像領域へ搬送される
トナーの量を増大させた現像装置も提案されている。と
ころがこの構成によると、搬送できるトナー量は増大す
るものの、搬送されるトナー中には帯電不足のトナーが
多量に含まれているため、これによって形成された可視
像の画質が低下する恐れがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記従来の欠点を除去し、充分に帯電
したトナーを必要量現像領域へ搬送でき、高品質な可視
像を形成できる現像装置を提供することである。

〔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、冒頭に記載した形式
の現像装置において、トナー担持体として、導電性の基
体表面に、その体積固有抵抗率よりも高い体積固有抵抗
率を有する第１の物質と、これよりもさらに高い体積固
有抵抗率を有する第２の物質を規則的又は不規則状態で
配置したトナー担持体を用い、 前記第１の物質と第２の物質のうちの少なくとも第２の
物質を所定の極性に帯電させ１両物質の表面電位の相違
により、トナー担持体表面の近傍に微小閉電界を形成し
、静電潜像の可視像化に用いられる前記トナーを、前記
閉電界によってトナー担持体表面に付着させる帯電手段
を設けた構成を提案する。またトナー担持体として、バ
イアス電圧の印加される導電性の基体表面に、その体積
固有抵抗率よりも高い体積固有抵抗率を有する第１の物
質と、これよりもさらに高い体積固有抵抗率を有する第
２の物質を規則的又は不規則状態で配置し、さらにその
表面に電荷リーク防止層を積層したトナー担持体を用い
、 該トナー担持体の表面を所定の極性に帯電させ、該表面
の近傍に微小閉電界を形成し、静電潜像の可視像化に用
いられる前記トナーを、前記閉電界によってトナー担持
体表面に付着させる帯電手段を設けると有利である。

その際、第１の物質の体積固有抵抗率を１０３乃至１０
”Ω・口、第２の物質の体積固有抵抗率を１０９乃至１
０１５Ω・■に設定することができる。

〔実施例〕

以下１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は矢印入方向に駆動され、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成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例えば１０７〜１０１２Ω〔程
度である。

トナー容器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、第６図にも示した如き現像ローラ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
の一例であるトナー供給ローラ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反時計方向に回
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
テータ７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。この供給時にトナーは所定の極性１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の周面に静電的に付着して該ローラ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１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。ド
クターブレード８は弾性支持部材３０に支持されている
。

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に担持されたままトナー供給ローラ６のところ
に戻される。また感光体１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
多量のトナーを現像領域へ搬送することが難しく、特に
カラートナーを用いた場合には、これにより形成された
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図乃至第４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ＡＱ、Ｆｅ、Ｃｕ等の金属製の導電性ローラ１
０より成る導電性の基体と、その周囲表面に固着された
第１及び第２の物質１１．１２とを具備するローラが用
いられている。

第１の物質１１の体積固有抵抗率は、導電性の基体表面
（本例では導電性ローラ１０）よりも高い体積固有抵抗
率を有し、第２の物質１２は第１の物質１１の抵抗率よ
りもさらに高い体積固有抵抗率を有している。

第３図では両物質１１と１２を識別しやすくするため、
第２の物質１２に対して横線を付して示しであるが（第
７図乃至第１０図も同じ）、この図並びに第２図及び第
４図から判るように、第１の物質１１と第２の物質１２
は交互に規則的に、又は不規則状態で配置され、これら
が現像ローラ５の表面に露出し、その表面は平滑に形成
されている。

各第１の物質１１と第２の物質１２の表面形状は適宜設
定できるが、これが第３図に例示する如く矩形であると
した場合、その−辺の長さＤｌ。

Ｄ２は例えば１０乃至５００　μｍ、特に１００乃至５
００μＩ程度の適宜な値に設定され、その厚みＴは例え
ば５００μｍ程度に設定される。両物質１１．１２のサ
イズや、その体積固有抵抗率は、後述する閉電界の強度
を高め、現像ローラ５上に最適な量のトナーを担持させ
ることができるように、適宜な値に選択される。

また本例では、第１の物質１１と第２の物質１２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ている。

さらに、現像ローラ５の導電性ローラ１０には電源５０
によって直流、又は交流やパルス電圧などの交番電圧、
或いは両者の重畳電圧が印加されている。同様にトナー
供給ローラ６にも、必要に応じて電源５１によってバイ
アス電圧が印加される。

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の第１の物質１１と第２の物質１２に接触して、こ
れらをトナーの帯電極性と反対の極性（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（例えば
ポリウレタン発泡体）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に圧接しているが、この
ようなトナー供給ローラ６を用いた場合１発泡体１５を
、上述のように両物質１１．１２を負極性に摩擦帯電さ
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
こともできる。このように本例では、トナー供給ローラ
６が、現像ローラ５の表面を帯電させる帯電手段を構成
している。

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ラ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、現像に供給さ
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の第１の
物質１１と第２の物質１２が、トナー供給ローラ６と接
触し、そ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物質１
１．１２に５感光体１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、第１及び第２の物質１１゜１２をほぼ飽和状態まで
帯電させることにより、残像をなくし、現像ローラ５を
初期化することが可能である。

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４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の第１の物質１１と第２の物質
１２は負極性に摩擦帯電しているが、その抵抗率が互い
に相違するため、第５図に模式的に示すように第２の物
質１２の電荷量の方が第１の物質１１の電荷量よりも多
くなり、両者の表面電位に相違を生じる。このため、両
物質１１と１２の間には閉型界が形成される。

現像ローラ５の表面には無数と言える程多数の第１の物
質１１と第２の物質１２が交互に位置しているので、現
像ローラ５の表面には無数の微小間電界（マイクロフィ
ールド）が現像ローラ表面に一様に分布した状態で形成
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５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、該ローラ５の表面の近傍に多数の閉型界
が形成される。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のである。

第１の物質１１と第２の物質１２の表面サイズは前述の
ように大変微小であるため、各閉型界も微小なものとな
り、これにより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。かかる高強度の閉型界によって、正に帯電し
たトナーは、第２図に模式的に示したように第２の物質
１２の表面に強く引かれ、現像ローラ５上に多量に離れ
難い状態で保持される。すなわち帯電したトナーは閉型
界の内部に強い束縛力を与えられ、その電気力線に沿っ
て現像ローラ５上に保持されるのである。

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の表面に強い微小間電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トナーが担
持される。しかも、現像ローラ５に担持されたトナーが
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間電界
によって現像ローラ５の表面に強く保持されるが、帯電
量の小なるトナーがこれに混在していても、かかるトナ
ー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、帯電量の大なるトナーだけが、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上のトナ
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。

具体的に例示すると、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乃至２０（好ましく
は１０乃至１５）μｃ／ｇ程に帯電したトナーを、例え
ば０．８乃至１．２■／ｄ、又はそれ以上、現像領域へ
搬送でき、トナーが黒色のときも、又はカラートナーの
ときも、高品質な可視像を形成できる。しかも現像ロー
ラ５の表面線速を感光体１の表面線速に近づけ、又はこ
れらを等しくしても、トナー不足を生ずることはない。

なお、現像ローラ５の表面近傍には、第５図に模式的に
示したようにその全体に亘って微小間電界だけが形成さ
れる場合と、閉電界でない電界が閉電界に混在する場合
とが考えられるが、いずれにしても閉電界が存在するの
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。

また、第１図の例では現像領域９において接触現像を行
っているが、非接触現像方式により潜像を可視像化して
もよい。また上述した例では、第１の物質１１と第２の
物質１２をトナーと逆極性に帯電させたが、トナーの帯
電極性と同極性に両物質１１．１２を帯電させ、特に第
１の物質１１の表面上に多量のトナーを付着させること
もできる。

さらに、第１の物質１１を実質的に帯電させず、第２の
物質１１だけを所定の極性に帯電させ、これらの間に閉
電界を形成してトナーを担持させることもでき、要は第
１の物質と第２の物質のうち、少なくとも、体積固有抵
抗率の高い第２の物質を帯電させ０両者の表面電位の相
違により閉電界を形成してトナーを担持させればよい。

上述した各構成例に対応できるように、第１の物質１１
の体積固有抵抗率を、例えば１０３乃至１０”Ω・備程
度に、また第２の物質１２の体積固有抵抗率を、例えば
１０′乃至１０１ｓΩ・国程度に設定することができる
。

また先にも説明したように、第１の物質と第２の物質の
表面形状やサイズは適宜選択できるが、その配列状態も
適宜設定でき１例えば第７図及び第８図に示すように、
第１の物質１１の中に、適宜な表面形状の第２の物質１
２が存在するようにし、或いはその逆に、第１０図に例
示する如く第２の物質１２の中に適宜な形状の第１の物
質１１が存在するようにしてもよい。又は第９図に示す
ように長く延びる第１の物質１１と第２の物質１２を交
互に配置してもよい。第８図に示すように各第２の物質
１２（又は第１の物質）の表面形状を円形にしたとき、
その直径は、例えば１０乃至５００μｍ、特に５０乃至
３００μｍ程に設定され、第９図のように各第２の物質
１２を微小幅形状にしたときも、その各幅と間隔が例え
ば１０乃至５００μｍ程に設定される。

ところで、現像ローラ５の導電性ローラ１０には、前述
の通り、直流電圧や、交番電圧、又は両者の重畳電圧が
電源５０によって印加されている。

直流電圧の印加により可視像の地汚れを防止でき、また
交番電圧（又はこれに直流電圧を重畳した電圧）を印加
することにより、現像濃度曲線（所謂７曲線）を補正で
き、中間調画像の再現性を高めることができる。

ところが、現像ローラに高い直流電圧や、ピーク　トウ
　ピーク値の高い交番電圧、或いはこれらの重畳電圧を
印加すると、特に接触現像方式を採用したり、感光体表
面の感光層が局部的に破損しているような場合、現像領
域９において現像ローラと感光体との間で放電による電
荷のリークが発生し、これによって感光体上の静電潜像
が乱され、可視像の画質が低下する恐れがある。ところ
が図示した現像ローラ５は、その導電性ローラ１０より
も体積固有抵抗率の高い第１の物質１１と。

これよりもさらに抵抗率の高い第２の物質１２が表面に
露出していて、導電性ローラの導電面は表面に露出して
いない。このため、両物質１１，１２が現像ローラ５と
感光体１との間の電荷のリークを防止する働きをなし、
電荷のリークに基づく静電潜像の乱れを阻止ないしは抑
制することができる。

ただ、第１及び第２の物質１１，１２、特に体積固有抵
抗率の低い方の第１の物質１１として、比較的抵抗率の
低い物質を用いた場合には、第１及び第２の物質１１．
１２だけで電荷のリークを完全に阻止できない場合もあ
る。そこで、第１１図に示した実施例では、現像ローラ
５の第１−及び第２の物質１１．１２の表面にさらに電
荷リーク防止層６０が積層されている。このリーク防止
層６０は、第１及び第２の物質１１．１２のうち、最も
体積固有抵抗率の低いものよりも高い体積固有抵抗率、
例えば１０９Ω・】以上、特に１ｏ１２Ω・１以上の物
質で構成され、例えば１００μｍ程度の厚さで積層され
る。このようなリーク防止層６０を現像ローラ表面に設
けることにより、前述の電荷のリークをより確実に防止
でき、第１図に示したように、現像ローラ５と感光体１
をトナーを介して接触させる接触現像方式を支障なく採
用できる。また現像ローラ５に高い電圧、特にピーク　
トウ　ピーク値の大なる交番電圧を印加することが可能
となる。またリーク防止Ｎ６０によって、第１及び第２
の物質１１．１２の摩耗などに対して、これを保護する
ことも可能となる。このように第１１図に示した構成は
、現像ローラ５に対してバイアス電圧を印加する現像装
置に対して特に有利に適用できるものである。

第１１図に示した実施例の他の構成は先の各実施例と変
りはなく、その現像ローラの表面がトナー供給ローラ６
（第１図）によって所定の極性に帯電され、これによっ
て多数の微小閉電界が形成され、多量のトナーを現像領
域へ搬送できる点も変りはない。ただ、電荷リーク防止
層６０の体積固有抵抗率の大きさやその厚みによっては
、微小閉電界が形成されるメカニズムが多少異なること
も考えられる。すなわち、電荷リーク防止層６０をトナ
ー補給ローラ６により帯電したとき、その下に位置する
第１及び第２の物質１１．１２の静電容量の相違によっ
て、リーク防止層６０の表面の各物質１１．１２に対応
する部分に電位差ができ、これによって微小閉電界が形
成されることもある。このようなメカニズムがいかなる
ものであるにせよ、現像ローラ表面の近傍には強い強度
の多数の微小閉電界が形成されることについては変りは
なく、所望量のトナーを現像領域へ搬送することができ
る。

上述した各実施例における第１の物質１１と第２の物質
１２を積層固定する基体として、これらの物質が積層さ
れる表面だけを導電性にしたものを用い、この導電層に
対して所定のバイアス電圧を印加するようにしてもよい
。

トナー担持体がベルトより成るときも、先の実施例と同
様に構成できることも明らかである。

また上述の実施例では、第１の物質１１と第２の物質１
２のうち少なくとも第２の物質、ないしは現像ローラ表
面を所定の極性に帯電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。

例えば第１図に鎖線で示すように、現像領域９とトナー
供給ローラ６の間に、プレート（又はローラなど）の帯
電手段３１を設け、これを現像ローラ５に圧接させ、そ
の表面に対して帯電作用を与えるように構成することが
できる。

また上記各実施例では、カラー現像に適した非磁性トナ
ーの一成分系現像剤を用いた現像装置を示したが、本発
明は必要に応じて補助剤を外添した磁性トナーの一成分
系現像剤を用いる現像装置にも適用できる。

〔発明の効果〕

請求項１に記載の構成によれば、トナー担持体上に充分
に帯電したトナーを必要量担持してこれを現像領域に搬
送し、しかも現像領域において潜像担持体とトナー担持
体との間の電荷のリークを抑制でき、高品質な可視像を
形成することが可能である。

請求項２に記載の構成によれば、上述の電荷のリークを
より確実に抑制できる。

請求項３に記載の構成によれば、適切な微小閉室界を簡
単に形成できる。

【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図はト
ナー粒子を模式的に拡大して示した説明図、第３図は同
じく第１の物質と第２の物質を模式的に拡大して示した
現像ローラの平面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ線断
面図、第５図は現像ローラ表面の近傍に形成される微小
閉室界の電気力線を示した説明図、第６図は現像ローラ
の斜視図。 第７図乃至第１０図は第１の物質と第２の物質の他の配
列状態を例示した拡大平面図、第１１図は表面に電荷リ
ーク防止層を設けた実施例を示す拡大断面図である。 ２・・・現像装置　　　　４・・・トナー９・・・現像
領域　　　　１１・・・第１の物質１２・・・第２の物
質　　６０・・・電荷リーク防止層代理人　弁理士　星
　野　則　夫 第 ３図 第 図 第９ 図 第 図 第１１ 図 ｙ ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）トナー担持体の表面にトナーを担持して搬送し、
   潜像担持体と前記トナー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トナー担
   持体に担持されたトナーによって可視像化する現像装置
   において、 前記トナー担持体として、導電性の基体表面に、その体
   積固有抵抗率よりも高い体積固有抵抗率を有する第１の
   物質と、これよりもさらに高い体積固有抵抗率を有する
   第２の物質を規則的又は不規則状態で配置したトナー担
   持体を用い、 前記第１の物質と第２の物質のうちの少なくとも第２の
   物質を所定の極性に帯電させ、両物質の表面電位の相違
   により、トナー担持体表面の近傍に微小閉電界を形成し
   、静電潜像の可視像化に用いられる前記トナーを、前記
   閉電界によってトナー担持体表面に付着させる帯電手段
   を設けたことを特徴とする現像装置。
2. （２）トナー担持体の表面にトナーを担持して搬送し、
   潜像担持体と前記トナー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トナー担
   持体に担持されたトナーによって可視像化する現像装置
   において、 前記トナー担持体として、バイアス電圧の印加される導
   電性の基体表面に、その体積固有抵抗率よりも高い体積
   固有抵抗率を有する第１の物質と、これよりもさらに高
   い体積固有抵抗率を有する第２の物質を規則的又は不規
   則状態で配置し、さらにその表面に電荷リーク防止層を
   積層したトナー担持体を用い、 該トナー担持体の表面を所定の極性に帯電させ、該表面
   の近傍に微小閉電界を形成し、静電潜像の可視像化に用
   いられる前記トナーを、前記閉電界によってトナー担持
   体表面に付着させる帯電手段を設けたことを特徴とする
   現像装置。
3. （３）前記第１の物質の体積固有抵抗率が１０＾３乃至
   １０＾８Ω・ｃｍ、第２の物質の体積固有抵抗率が１０
   ＾９乃至１０＾１＾５Ω・ｃｍである請求項１又は２に
   記載の現像装置。