JPH0466977A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転開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。

〔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。

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。

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。−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。

ところで、−成分現像方式を採用した現像装置において
は、−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。

磁性トナーを用いた場合には、現像剤担持体に内股した
磁石の磁力を利用して、該担持体にこの一成分系現像剤
を担持てきるので、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−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。

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。

なお、トナー供給部材としては、１０２〜１０’Ω・ｃ
ｒｎの導電性発泡体（特開昭６０−２２９０５７号公報
）、スキン層付弾性体（特開昭６０−２２９０６０号公
報）及びファーブラシ（特開昭６１−４２６７２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）、絶縁被覆ローラ一体（特開昭５５−４６７６８
号公報）中低抗体被覆ローラ（特開昭５８−１３２７８
号公報）及び絶縁体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。

また、非磁性−成分現像剤を用いる現像装置において、
特開昭６０−２２９０５７号公報ではスポンジローラ、
特開昭５２−２２９０６０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、トナーと補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
、現像ローラヘ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１て感光
体の潜像を現像する。現像ローラの材料としては、１ｍ
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。

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、トナー補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６非磁性−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／ｃ＋ａ２であるが、転写紙上には０．
４−０．５ｍ；；／ｃｒｔｒ２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。

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０．８〜１．２ｍ
ｇ／Ｃ＠２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１０〜１５μＣ／ｇ）
の値が望まれる。

これらの問題点を解消する方法として、本発明者らは、
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
微小間電界を形成し、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画像形成
装置」を提案した。

かかる発明は、現像剤担持体の表面の近傍に多数の微小
間電界（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。

〔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も
、現像剤担持体や電荷付与部材等の構成によっては所望
のトナー付着量やトナー帯電量が得られず、またその作
製工程として、金属ローラに微細加工を施す必要があっ
たり、更に多くの加工工程を要するためにその作製コス
トが高くなるという問題点がある。

従って、本発明の目的は、所望のトナー付着量及びトナ
ー帯電量が得られると共に簡便かつ低源に作製し得る画
像形成装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、鋭意検討した結果、表面に誘電体層を設
けた現像剤担持体と特定な異方性導電性材料から実質的
に構成されている電荷付与部材とを組み合わせた画像形
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。

すなわち、本発明によれば、現像剤担持体の表面上に、
電荷付与部材により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間電界を形成し
、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
微小間電界により前記現像剤を現像剤担持体表面に担持
させ、該担持現居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、 前記現像剤担持体として、表面に誘電体層を設けたもの
を用いると共に電荷付与部材の形成材料として、その厚
み方向には導電性を示し他方向には絶縁性を示す異方性
導電性材料を用いたことを特徴とする画像形成装置が提
供される。

本発明の画像形成装置は、現像剤担持体表面の近傍に多
数の微小間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、電荷付与部
材は異方性導電性材料から構成されていることにより、
充分に帯電した多量の非磁性トナー会現像剤担持体に担
持して現像領域に搬送でき、またその作製コストも低源
なものとなる。

以下、かかる画像形成装置について説明する。

第１図に本発明の代表的な現像装置の現像剤担持体部と
電荷付与部を中心とした概要を示す。第１図において、
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、現像を終了した現像剤担持体２０は矢印の方向に
回転し、電荷付与部材９０との接触部に至る。

電荷付与部材９０は現像剤担持体２０と当接しながら該
担持体と等速で同方向に回転する。かかる接触部におい
ては、後記するように現像剤担持体表面の誘電体層には
電荷付与部材９０より選択的に多数の電荷が付与された
状態となり、第２図に示されるように該表面には帯電電
位の異なる隣接した領域間にマイクロフィールド（微小
間電界）が形成される。マイクロフィールドが形成され
た現像剤担持体２０は矢印の方向に更に回転を続け、ト
ナー供給部材４０との接触部に至る。トナー供給部材４
０によって帯電されたトナー６０はマイクロフィールド
効果によって現像剤担持体２０上に付着する。

付着トナーは、トナー層厚現制部材（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
像域８０に達する。現像域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。

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。

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電荷付与部材
９０と接触する。

電荷付与部材９０は現像剤担持体２０に当接しながら、
該担持体の線速と同じ線速で、同じ向きに回転する。こ
の電荷付与部材９０は、本発明においては、その厚み方
向には導電性を示し、他方向には絶縁性を示す異方性導
電性材料から構成されているため、その表面には導電体
部と誘電体部が微小面積で混在する６また、この電荷付
与部材９０には、直流電源によって、トナーの帯電極性
と逆極性の電圧が印加されている。たとえばトナーが正
極性に摩擦帯電された場合、電荷付与部材９０の電位は
例えば−２５０ｖに保たれる。

このような構成により、現像剤担持体２０と電荷付与部
材９０とが接触すると現像剤担持体２０の誘電体層には
電荷付与部材９０の導電体部と接した部分にだけ電荷が
付与され、電荷付与部材９０の誘電体部に対応する現像
剤担持体表面には電荷は付与されない。従って、現像剤
担持体表面の誘電体層は選択的に多数の電荷が付与され
た状態となり、該表面には電位差が例えば２５０■の帯
電電位の異なる微小パターンが無数に形成される。この
ようにして帯電電位の異なる隣接した領域間に閉電界を
生じるが、このときの現像剤担持体２０上の電界は、第
２図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、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。

このトナー層は、更にトナー暦厚現制部材３０によりト
ナー層厚が制御され、現像域８０のトナーは感光体に付
着し易い電界となり、現像が行なわれる。

次に１本発明で用いる現像剤担持体について説明する。

本発明の現像剤担持体はその表面に誘電体層を設けたも
のである。この場合、誘電体層として用いる材料は、絶
縁性のものであれば使用できるが、通常有機ポリマー類
が用いられる。この場合、有機ポリマー類の具体例とし
ては次のものが挙げられる。　ポリ塩化ビニル、ポリビ
ニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニ
リデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルホルマールなどの
ビニル系樹脂；ポリスチレン、スチレンーアクリロニト
リル共重合体、アクリロニトリル−ブタジェン−スチレ
ン共重合体などのポリスチレン系樹脂；ポリエチレン、
エチレン−酢酸ビニル共重合体などのポリエチレン系樹
脂；ポリメチルメタクリレート、ポリメチルメタクリレ
ート−スチレン共重合体などのアクリル系樹脂；ポリア
セタール、ポリアミド、セルロース、ポリカーボネート
、フェノキシ樹脂、ポリエステル、フッ素樹脂、ポリウ
レタン、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂。

エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹
脂などの樹脂材料など。

また、本発明の電荷付与部材は前記したように実質的に
その厚み方向に対して導電性を示し、他方向には絶縁性
を示す異方性導電性材料から構成される。

本発明でいう異方性導電性材料とは、実質的にマイクロ
フィールドを形成させる為に、その表面は少なくとも帯
電可能な誘電体と帯電４位を有しない導電部が混在する
ものであり、その導電性として１０１２Ω・Ｃ■以下、
好ましくは１０”Ω・Ｃ１１以下の体積抵抗を保有する
材料であることを意味する。

このような異方性導電性材料としては、シリコーン樹脂
（ゴム）等の樹脂材料に銅、銀等の導電性全翼材料を分
散したもの、あるいはカーボン繊維やステンレス繊維等
の導電性繊維を埋め込んだり静電植毛などの方法により
、導電性繊維を植毛した後、その間隙に誘電体を埋め込
んだもの等が挙げられる。これらの市販品としては、コ
メソクス社、沖電線社、信越ポリマー社、東し社１日本
合成ゴム社などから上布されている。

なお、本発明で用いる現像剤担持体の誘電体層には種々
の目的の為に無機充填剤や架橋剤、熱安定剤、加工助剤
なと添加することができる。無機充填剤としては、珪藻
土１石英粉末、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化カ
ルシウム、酸化マグネシウム、タルク、珪酸アルミニウ
ム、酸化アルミニウムなどの粉末、チタン酸カリウム、
アスベスト、ガラス、カーボンなどの繊維、テフロン、
窒化ホウ素などの粉末が用いられる。

〔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。

実施例 〔電荷付与部材の作製〕 ＳＵＳ製ローラに、導電弾性層として導電性シリコーン
ゴム（ＤＹ３２−７００ｕ、トーμ・ダウコーニング・
シリコーン社、ゴム硬度２８度（ＪＩＳＡ）、体積抵抗
１０６Ω・ｃｗ＋）を層厚４■に形成した０次に導電性
接着剤（ＫＥ４５７６：信越化学社製）を塗布した後、
導電性ウィスカ（ウィスタットＮＢＫ３６２大塚化学社
製）を静電植毛し、導電性接着剤を硬化させる。

次に誘電体として、軟質シリコーン樹脂（ＳＲ２４０７
：トーμ・シリコーン社）をスプレーコーティングし、
　１５０℃／ｌｈｒの条件で硬化させ、更に、導電性ウ
ィスカが十分表面に露出するよう研摩を行ない、膜厚３
０趨とした。この電荷付与部材の厚み方向軸方向の電気
抵抗を測定したところ、厚み方向：４．３×１０６Ω”
ｃｍ、軸方向：Ｉ　ｘ　１０１４Ω／口、と厚み方向に
のみ導電性を示す異方導電性を示した。

評ｍ直 電荷付与ローラを第１図に示される現像装置に装着し、
トナーの帯電量及びトナーの付着量を測定した。

なお、上記現像装置において、トナー薄層化ブレードは
ウレタンゴム製のものを、トナー供給ローラは導電性ウ
レタンスポンジ製のものを、トナーは正帯電トナーを、
装填した。

現像ローラはシリコーン樹脂（ＳＲ２４１１、ト−Ｌ／
・シリコーン社製）層５０．を有するものを使用した。

各ローラの印加電圧（ＤＣ）は、現像ローラ＋２５０ｖ
、スポンジ補給ローラ＋２５０Ｖ、電荷付与ローラＯｖ
である。

ルＪｕｌ 実施例において、導電性ウィスカの静電植毛を行なわな
いこと以外は全て同様に現像ローラの作製と評価を行な
った。

実施例及び比較例の評価結果を第１表に示す。

第１表 〔発明の効果〕 本発明で用いる電荷付与部材は、厚み方向には導電性を
有し、他方向には絶縁性を示す異方性導電性材料により
構成されているから、現像剤担持体表面上に簡単な方法
でマイクロフィールドが形成できると共にまた。その製
作コストも複雑な加工工程を要しないので低廉なものと
なる。

従って、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
間電界を形成し、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、前記微小間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、充分に帯電した多量の非磁性一成分系現像剤
を現像剤担持体に均一に担持して現像領域に搬送するこ
とができ、その結果、高濃度の高品質画像を得ることが
でき、またその画像形成コストも低廉なものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は現像剤担持体上にマイクロフィールドの電界を
形成させた本発明の画像形成装置の一例を示す現像剤担
持体部及び電荷付与部を中心とした模式断面図である。 また、第２図は第１図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。 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・・・現像域、９０・・・電荷
付与部材。 第１図 懸尖↓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）現像剤担持体の表面上に、電荷付与部材により選
   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、
   前記現像剤担持体として、表面に誘電体層を設けたもの
   を用いると共に電荷付与部材の形成材料として、その厚
   み方向には導電性を示し他方向には絶縁性を示す異方性
   導電性材料を用いたことを特徴とする画像形成装置。