JPH0652448B2

JPH0652448B2 - 現像方法

Info

Publication number: JPH0652448B2
Application number: JP59061366A
Authority: JP
Inventors: 雅弘細矢; 眞也戸村; 勤上原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-03-29
Filing date: 1984-03-29
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS60205472A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は現像方法に関し、詳しくは電子写真装置又は静
電記録装置において、感光体もしくは誘電体上に形成さ
れた静電潜像を非磁性トナーのみからなる一成分現像剤
によって可視像化する現像方法の改良に係る。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

この種の現像方法は、トナーとキャリアからなる二成分
現像剤を用いるもの、磁性トナーのみからなる一成分現
像剤を用いるものと技術的な進歩がなされ、更に磁性ト
ナーのみからなる一成分現像剤の欠点を解消しえる非磁
性トナーとみからなる一成分現像剤を用いる現像方法へ
と発展している。しかしながら、非磁性トナーを使用し
ているゆえに、均一なトナー薄層を可動現像剤担持表面
に安定的に形成することが困難であるという唯一の大き
な問題を有し、そのために実用化が阻まれていた。

このようなことから、本発明者らは既に第１図に示す現
像装置（特願昭５７−１５５９３４号）を発明し、非磁
性トナーの薄層形成を可能ならしめることに成功した。
かかる発明は、可動現像剤担持体としての現像ロール１
に弾性ブレードとしてのゴムブレード２をその自由端、
つまり現像剤の流れの下流側に位置するエッジを除く面
が該ロール１に面接触するように配設することによっ
て、例えばトナー容器３から供給された非磁性のトナー
４を前記ゴムブレード２により現像ロール１表面に塗布
してトナー薄層を形成し、これを潜像保持体としての感
光ドラム５に対向させてその静電潜像を現像する装置で
ある。なお、容器３は剛性金属片６及び側壁７によって
構成されている。

上述した現像装置によれば現像ロール表面と弾性ブレー
ドとの接触面積を大きく設定することが可能であり、し
かも弾性ブレードのエッジが現像ロール表面に接触しな
いため、圧接力が局所的に加わるのを回避できる。この
結果、設定条件や機械精度の微妙な不良や摩耗等が原因
となって発生する圧接力の不均一性を緩和でき、より均
一な現像剤層の形成が可能となる。また、現像ロール表
面と弾性ブレードとの接触面積が大きいために、現像剤
はこの接触部分を通過する際、より長時間に亘って圧接
力下にて摩擦を受けることになり、その結果現像剤は均
一かつ充分な摩擦電電荷が与えられることになる。した
がって、充分な電荷を持った現像剤の均一な薄層を形成
することができるため、静電潜像の現像を良好に行なえ
る。

しかしながら、本発明者らのその後の実験により前述し
た現像装置には以下に示す問題点が見い出された。

即ち、前述した発明は非磁性トナーを用いるものである
ため、カラー現像に適している。しかしながら、カラー
トナーは各色毎に異なった染料もしくは顔料によって着
色されているため、例え同一の樹脂を母体として製造さ
れたものであっても、その物理的特性は通常、色毎に異
なっているため、勿論、同一の物質によって着色された
トナーであっても、樹脂や添加剤等の材料、トナーの粒
度分布、粒子形状、更に製造方法等によって、その物理
的特性は大きく異なる。事実、物理的特性の異なる様々
なトナーを用いて実験を行なった結果、前記発明の装置
では必ずしもあらゆるトナーに対して良好に動作するも
のではなく、あるトナーを使用した場合には現像担持体
の表面に均一なトナー薄層を安定的に形成できず、従っ
て形成された現像像には濃度ムラ、濃度不足、地かぶり
等の欠点が認められた。

このようなことから、トナー薄層の表面と潜像保持体の
表面とが非接触となるように配置し、トナーを飛翔させ
ることによって潜像を可視化する非接触現像方法、トナ
ー薄層を潜像保持体に接触させて潜像にトナーを付着せ
しめ、これを可視化するタッチダウン現像法等が知られ
ている。しかしながら、トナー薄層が不均一な場合に
は、いずれの現像法を用いても良質な現像像を得ること
ができない。かかる欠陥を生じる問題点は、トナーを構成する樹脂、顔料、染料、添加剤等の選
定ができないこと、トナーの製造方法を決定できないこと、製造されたトナーの品質管理が不可能であること、である。

〔発明の目的〕

本発明は非磁性トナーのみからなる一成分現像剤により
高品質の現像像を再現性よく形成し得る現像方法を提供
しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明は回転可能に支持されたローラ状の現像剤担持体
に対し弾性を有する現像剤塗布ブレードを該ブレードの
エッジを除く所定の面が該担持体の周囲に圧接するよう
に配置することによって前記担持体の周面に非磁性トナ
ーのみよりなる一成分現像剤の薄層を形成し、この薄層
を潜像保持体に対向させて潜像を現像する現像方法にお
いて、前記現像剤の内部摩擦抵抗係数をμｉ，前記現像
剤担持体の周面と前記現像剤との間の運動摩擦係数をμ
ｒ，前記現像剤塗布ブレードの面と前記現像剤との間の
運動摩擦係数をμｂとした時、 μｉ＜μｂ＜μｒとなるように現像剤、現像剤担持体及び現像剤塗布ブレ
ードを用いることを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第２図は本発明の現像方法に用いられる現像装置であ
る。図中の２１は時計回り方向(矢印)に回転可能に支持
されている現像ロールである。この現像ロールは交流電
源２２、及び直流電源２２′に接続されており、ピーク
値差 1.8kV、周波数１kHz の交流電圧に＋３００Ｖの直
流電圧を質量した電圧が印加される。前記現像ロール２
１は例えば直径２４mmのアルミニウム円柱体の表面をサ
ンドブラスト処理によって粗面化し、更にその表面に厚
さ５μｍの硬質クロムメッキを施したもので、最終的な
表面粗さは３μｍである。ここで、表面粗さはJIS 規格
の１０点平均粗さ（JIS B 0601）による。また、図中の
２３は例えば厚さ0.2mm 、長さ２７０mm、幅３５mmのリ
ン青銅板からなる第１の弾性ブレードである。この弾性
ブレード２３の一端側は取付けネジ２４によって支持体
２５に固定されており、かつ他端側はその側面のうちの
一定の面積が前記現像ロール２１の表面に接触するよう
に現像ロール２１に対して圧接されている。但し、第１
の弾性ブレード２３のエッジ、つまり自由端は現像ロー
ル２１の表面に接触していない。かかる第１の弾性ブレ
ード２３の現像ロール２１に対する圧接力Ｐ_１は例えば
７８g/cmに設定してある。ここで、Ｐ_１はブレードの全
圧力Ｐ_t,ブレードの現像ロールの回転軸方向の長さlb
（27mm）よりＰ_１＝P_t／lbにて算出される線圧、つまり
単位長さ当りの圧力である。

更に図中の２６は例えば厚さ75μｍのポリエステルフィ
ルムからなる第２の弾性ブレードである。この弾性ブレ
ード２６の一端側は支持体２７に固定されており、かつ
他端側は前記第１の弾性ブレード２３と同様、エッジを
含まない側面の一定の面積が前記現像ロール２１表面に
接触するように現像ロール２１に対して圧接されてい
る。かかる第２の弾性ブレード２６の現像ロール２１に
対する圧接力Ｐ_２は１０g/cmに設定されている。つま
り、前記第１の弾性ブレード２３と第２の弾性ブレード
２６の圧接力P₁,Ｐ_２の関係はＰ₁＞Ｐ₂となっている。
図中の２８はトナー２９を収納するトナー容器である。
このトナー容器２８は基本的には前記現像ロール２１の
上部、第１，第２の弾性ブレード２３，２６によって構
成されているが、本実施例においては更に前記支持体２
５，２７、容器壁３０，３１及び現像ロール２１の両端
に平行に配置されている図示しない一対のサイドフレー
ムにより構成されている。なお、前記支持体２５，２７
及び容器壁３０，３１は前記一対のサイドフレームに固
定されており、かつ前記現像ロール２１も同様なサイド
フレームに回転可能に支持されている。また、前記トナ
ー容器２８内には収容したトナー２９を撹拌するための
撹拌羽根３２が配設されており、かつ該撹拌羽根３２は
前記一対のサイドフレームに回転可能に支持されてい
る。

上述した構成の現像装置は例えば外径７８mmのセレン系
感光ドラム３３に対し、その現像ロール２１と該ドラム
３３の最小間隙が０．２mmとなるように配置されてい
る。前記ドラム３３は反時計回り方向に回転し、その表
面には図示しないコロナ帯電器及び像露光装置によって
最大表面電位が９００Ｖの静電潜像が形成されるように
なっている。こうした現像装置と感光ドラムからなる複
写装置において、現像ロール２１と感光ドラム３３を回
転させると、トナー容器２８内のトナー２９は第１の弾
性ブレード２３によって薄層化され、同時に摩擦帯電に
よって負の静電荷が付与される。現像ロール２１の回転
に伴なって搬送されたトナーは、感光ドラム３３上の静
電潜像に接近し、現像ロール２１と感光ドラム３３間の
間隙をクーロン力によって飛翔してドラム３３表面に付
着することにより現像像が形成される。

上述した方法においてトナー２９の内部摩擦係数をμ
ｉ，現像ロール２１周面とトナー２９との間の運動摩擦
係数をμｒ，弾性ブレード２３の面とトナー２９の間の
運動摩擦係数をμｂとした時、μｉ＜μｒ及びμｉ＜μ
ｂとなるようにトナー２９、現像ロール２１及び弾性ブ
レード２３を用いることによって、現像ロール２１周面
に極く薄い厚みの均一なトナー層を形成でき、トナー粒
子に均一にかつ充分な電荷が付与され、良好な現像像を
得ることができた。

以下、前述した条件に設定することによる均一かつ薄い
トナー層を形成できる理由について詳述する。

現像ロール２１周面な非磁性のトナー２９の薄層を形成
する際には第３図及び第４図(a)〜(d)の過程を経る。第
３図はトナー層の薄層化プロセスを示したもので、第４
図(a)〜(d)は同第３図の領域Ａ〜Ｄでの弾性ブレード２
３と現像ロール２１を平行平面に近似させて模式的に示
した図である。これらの図よりトナー層の薄層化は圧力
下における粉体層の連続的な剪断によって達成されると
考えられる。

トナー層の剪断が行なわれるための条件を第４図(a)〜
(d)を参照して説明する。トナー、現像ロール、弾性ブ
レードの３者間の摩擦係数及び摩擦力を下記第１表のよ
うにすると、トナーに作用する圧力Ｎと摩擦力Ｆの間に
はＦ＝μＮなる関係が成り立つ。

現像ロールの移動に伴なってトナー層中に剪断面、即ち
滑り面が生じるためにはの関係を満たすことが必要である。この条件下では弾性
ブレードとトナーの間、現像ロールとトナーの間に滑り
が生じる以前にトナーとトナーの間に滑りが生じ、トナ
ー層の剪断が行なわれる。剪断の繰り返しによって最終
的に一層化されたトナー層は、現像ロールの表面に付着
したまま弾性ブレードの圧力下を脱出しなければならな
い（第４図(c)，(d)図示）。このためには、トナーと弾
性ブレードの間に滑りが生じることが必要であり、なる条件を満たすことが必要である。

前記(1)，(2)式より、現像ロール表面にトナーの薄層を
得るための条件は又はと考えられる。但し、トナー層に作用する圧力Ｎは常に
一定とした。

一般に、トナー等の粉体層内の応力状態を考える場合、
粉体層の力学的挙動として限界釣合状態（又は塑性平衡
状態）が基準となる。即ち、粉体層内の任意の一面に一
定な圧縮応力σを加え、その面に沿って剪断応力τを加
えていくと、τの限界の値において滑りが生じ、τはそ
れ以上の値とならない。種々の圧縮応力σの値に対して
夫々限界値のτが対応するから、この関係σ，τを座標
軸とする平面上に一本の線で表わされ、これを破壊包絡
線という。破壊包絡線が５図のＩ，IIのように直線で表
わされる場合は、固体の摩擦に関するクローンの法則が
適用できるようになり、 τ＝μｉσ＋Ｃ＝σtanφｉ＋Ｃ … (5) の式から粉体層の摩擦係数を一義的に決定できる。但
し、μｉは内部摩擦係数、φｉは背部摩擦角、Ｃは粉体
の付着、凝集性の表示である。非付着性粉体では前記
(5)式中のＣ＝０、つまり第５図のＩがこれに相当す
る。同図中のＩ，IIのように直線で表わされるものをク
ーロン粉体という。同図中のIIIは非クーロン粉体で、
次式で表わされる。但し、式中のσ_Ｔは粉体層の引張り強
度、ｎは剪断指数を示し、ｎ＝１の場合はクーロン粉体
となる。非クーロン粉体は一般にｎ＞１で、ｎが大きい
ほど流動性が悪いとされている。測定法としては、直接
一面剪断法が知られている。原理的には、第６図に示す
ように上下のセル５１，５２を重ねて粉体を充填し、一
方のセル（固定セル）５２を固定し、垂直応力σを加え
て可動セル５１を水平方向に引いて粉体層が剪断される
際の応力τを測定するものである。σの異なる値に対し
てτを測定すれば、破壊包絡線が得られ、粉体の内部摩
擦係数を知ることができる。

上述した第６図の剪断セルを用いてトナー層の内部摩擦
係数を測定した。この時の条件は剪断セル５１，５２と
して外径７６mm，内径６１mm，高さ５mmのリングを使用
し、トナー層高さを上下共に５mm，剪断速度を0.1mm／s
ecとして載荷垂直応用範囲を変化させた。また、弾性ブ
レードとトナーの間及び現像ロールとトナーの間の摩擦
係数は第７図に示すように弾性ブレードもしくは現像ロ
ールと材質及び表面粗さが同一の固定された平板５３
（寸法100mm×100mm）の上に上述した可動セル５１を置
き、荷重載荷状態で可動セル５１を矢印の方向に引くこ
とにより測定した。この時の条件は、トナー層高さを５
mm，セルの移動速度を0.1mm／sec，予圧を４００ｇ／cm
²とし、荷重を５０ｇ／cm²から400g／cm²まで変化させ
た。

前記トナー層の剪断応力の測定結果の一例を第８図に、
この結果から得られる破壊包絡線の一例を第９図に示
す。この場合、破壊包絡線の傾き、つまりトナー層の内
部摩擦係数μｔは0.53である。また、樹脂組成、顔料、
粒度分布等の異なる５種類のトナーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ
に対し、上述した測定を行なった結果、内部摩擦係数は
順に0.42，0.49，0.53，0.58，0.64であった。

一方、第７図の平板５３として、現像ロールに相当する
ものとして下記第２表に示す５種のアルミニウム板を、
弾性ブレードに相当するものとして同第２表に示す５種
のリン青銅板を用意した。

第２表中のａのＡｌ板を用いて現像ロールとトナーの間
の摩擦係数μｉを測定したところ、前述した内部摩擦係
数μｉを有するトナーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅに対し、順に
0.48，0.50，0.52，0.54，0.57であった。ｃのＡｌ板を
用いた場合にはμｒはトナーＡ〜Ｅに対して順に0.50，
0.52,0.54,0.57，0.60であった。また、同第７図の装置
により第２表中のａのリン青銅板を用いて弾性ブレード
とトナーの間の運動摩擦係数μｂを測定したところ、前
述した内部摩擦係数μｉを有するトナーＡ〜Ｅに対して
順に0.48，0.51，0.52，0.54，0.57であった。同表中の
ｃのリン青銅板を用いた場合には、μｂはトナーＡ〜Ｅ
に対して順に0.50,0.53,0.55，0.57，0.60であった。

しかして、前述した第２図図示の現像ロール２１として
第２表中のｃのＡｌ板に相当するもの（表面粗さが３μ
ｍのＡｌロール）を使用した現像装置に前述した内部摩
擦係数μｉを有するトナーＡ〜Ｅを入れ、同第２表中の
ａのリン青銅板に相当する弾性ブレード２３を用いて現
像ロール２１周面へのトナー層の形成を行ない、トナー
の内部摩擦係数μｉと、現像ロール・トナー間の運動摩
擦係数μｒとの関係におけるトナー層の良否、並びに同
トナーの内部摩擦係数μｉと、弾性ブレード・トナー間
の運動摩擦係数μｂとの関係におけるトナー層の良否、
を夫々調べた。それらの結果を第１０図及び第１１図に
示す。なお、これら図中の○印は厚さ１３〜７０μｍの
均一なトナー薄層が得られることを、×印は均一なトナ
ー薄層が得られなかったことを表わしている。これら第
１０図及び第１１図の結果より、均一なトナー薄層を得
るためには μｉ＜μｒ … (7) 並びにμｉ＜μｂ … (8) の関係を満足する必要があることがわかる。

更に、第７図の装置の可動セル５１内に前述した内部摩
擦係数（0.42）をもしトナーＡを入れ、第２表中のａ〜
ｅのAl板及び同表中のａ〜ｅのリン青銅板に対する運動
摩擦係数を測定したところ、下記第３表に示す結果とな
った。

また、第３表に示す数値と実際に形成されるトナー層の
均一性との相関を第１２図に示した。これらの結果よ
り、次式 μｂ＜μｒ … (9) の関係が満足するように設定すると、均一なトナー薄層
を確実に形成できる。但し、第１２図に示す如くμｂ≧
μｒの領域内にも一部良好なタナー薄層が形成される点
が存在している（例えば、μｂ＝0.63，μｒ＝0.57の場
合）。これらの点はμｒが大きい領域に分布しており、
μｉ＜μｒでしかもμｒが充分に大きい時には、μｂ≧
μｒであっても均一なトナー薄層の形成が可能であるこ
とを示している。しかしながら、現像ロールとトナー間
の運動摩擦係数であるμｒを大きくするには、現像ロー
ラの表面を粗くする必要があり、トナー薄層を飛翔させ
て感光ドラムに現像を形成する際、該ローラの山と谷の
部分での電解強度の差が大きくなり、粗れなどの画室低
下を招き易くなる。

したがって、前記理由と第４図のモデルより推定した
(2)式が前記(9)式に一致していることを考え合わせる
と、(9)式の条件を満たすことが均一なトナー薄層の形
成、良好な画像形成を可能にする。よって、前記(7)，
(8)，(9)式をまとめると、 μｉ＜μｂ＜μｒ … (10) が得られ、この条件は第４図のモデルより推定された条
件である(4)式に一致している。(4)式には静止摩擦係数が含まれているが、上述した実験結果より、トナー薄層
形成プロセスを支配する主要因は、運動摩擦係数μであ
ることがわかる。このことは、実際には弾性ブレードの
圧力下におけるトナー層の剪断過程で現像ロール・トナ
ー間、弾性ブレード・トナー間にも滑りもしくはころが
り生じていることを示唆している。

前記(10)式を満たす条件でトナー薄層を形成し、これを
用いて実際に潜像の現像を行なつたところ、ムラ、カブ
リ、濃度不良等のない良好な現像像が得られた。なお、
現像条件の最適範囲は現像ロール・感光ドラム間距離0.
1 〜0.25mm，ドラムの最大表面電位４００〜１０００
Ｖ，第１弾性ブレードの圧力３０〜１８０ｇ／cm，交流
現像バイアス８００〜２３００Ｖ（ピーク値差），６０
０〜１５００Hz，直流現像バイアス１００〜５００Ｖで
あった。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く、本発明によれば非磁性トナーのみか
らなる一成分現像剤により高品質の現像像を再現性よく
形成し得る現像方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の現像装置を示す概略図、第２図は本発明
の実施例で用いられる現像装置を示す概略図、第３図は
トナー層形成プロセスを示す概略図、第４図はトナー層
の薄層化プロセスを模式的に示す図、第５図は粉体の破
壊包絡線の基本的タイプを示す線図、第６図はトナーの
直接一面剪断試験に用いた剪断装置を示す断面図、第７
図は現像ロール・トナー間もしくは弾性ブレード・トナ
ー間の運動摩擦係数を測定するための装置を示す概略
図、第８図は第６図に示した剪断装置によって測定した
トナー層の剪断応力のデータの一例を示す線図、第９図
は第８図のデータから得られる破壊包絡線を示す線図、
第１０図はトナー及び現像ロールの摩擦係数と形成され
たトナー薄層との関係を示す特性図、第１１図はトナー
及び弾性ブレードの摩擦係数と形成されたトナー薄層と
の関係を示す特性図、第１２図は現像ロール及び弾性ブ
レードの摩擦係数と形成されたトナー薄層との関係を示
す特性図である。２１……現像ロール、２３……第１の弾性ブレード、２
６……第２の弾性ブレード、２８……トナー容器、３３
……感光ドラム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上原勤神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地東京芝浦電気株式会社総合研究所内 (56)参考文献特開昭52−102732（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−123555（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−140858（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転可能に支持されたローラ状の現像剤担
持体に対し、弾性を有する現像剤塗布ブレードの所定の
面を前記現像剤担持体の周面に圧接するように配置する
ことによって前記担持体の周面に非磁性トナーのみより
なる一成分現像剤の薄層を形成し、この薄層を潜像保持
体に対向させて潜像を現像するに際し、前記現像剤の内部摩擦抵抗をμｉ、前記現像剤担持体の
周面と前記現像剤との間の運動摩擦係数をμｒ、前記現
像剤塗布ブレードの面と前記現像剤との間の運動摩擦係
数をμｂとした時、 μｉ＜μｂ＜μｒとなる現像剤、現像担持体および現像剤塗布ブレードを
用いることを特徴とする現像方法。