JPH0792793A

JPH0792793A - 画像形成装置

Info

Publication number: JPH0792793A
Application number: JP23688793A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Ishida; 晴彦石田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】種々のハーフトーンレベルを有する原稿画像に
対応した感光体表面の潜像パターンを忠実に現像可能な
現像装置を提供する。【構成】像担持体上に静電潜像を形成する手段と、像担
持体に対向して配置され、前記像担持体に現像剤を供給
し、静電潜像を現像する現像剤担持体と、この現像剤担
持体の表面に現像剤層を形成する現像剤層形成手段とを
含み、前記現像剤担持体の厚み方向の１ｍ² 当りの電気
抵抗が１０⁵ Ω・ｍ² ないし１０⁶ Ω・ｍ² の範囲内で
あって、かつ、厚み方向の１ｍ² 当りの静電容量が５．
０×１０^-7Ｆないし１．０×１０^-6Ｆの範囲内であるこ
とを特徴とする画像形成装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真や静電記録な
どに用いられる、静電潜像を現像して可視像化する画像
形成装置に係り、特に、一成分現像剤を用いる画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一成分現像剤を用いる現像方法の一つと
して、加圧現像法（ｌｍｐｒｅｓｓｉｏｎＤｅｖｅｌ
ｏｐｍｅｎｔ）が知られている。この方法は、例えば、
米国特許第３，１５２，０１２号、同第３，７３１，１
４８号等に開示されているように、静電潜像とトナー粒
子もしくはトナー担持体とを実質的に零の相対周辺速度
で接触させることを特徴としている。さらに、この方法
においては、磁性材料が不要であるため、装置の簡素化
および小型化が可能であるとともにトナーのカラー化が
容易であるなど多くの利点を有している。

【０００３】上記加圧現像法においては、トナー担持体
を静電潜像に押圧もしくは接触させて現像を行うため、
弾性を有する現像ローラを用いる必要がある。特に、剛
体からなる静電潜像担持体に接触させる場合には、これ
を傷つけることを避けるため、弾性を有する現像ローラ
を使用することが必須条件となる。

【０００４】現像ローラとしては、表面に導電性の樹脂
を被覆したもの、又は導電性の弾性ゴム部材等を使用し
たものが開示されている。このような導電性の現像ロー
ラを用いると現像電極効果が強く効くため、低い現像電
位差（静電潜像担持体の表面電位と現像バイアス電位の
差）で高い画像濃度が得られる。即ち、高いγ値を有す
る画像形成となるので、例えば、光プリンタ等のような
ドット（微細な光スポット）を基本単位とする画像形成
法においては有用である。ドットを基本単位とする場合
には、１（トナーの付く場所）と０（トナーの付かない
場所）を区別する画像形成法であるので、γ値が高いこ
とによりラインエッジのシャープな画像が再現できる。

【０００５】しかしながら、アナログ複写機の露光プロ
セスでは、原稿画像の反射光量に応じて感光体表面の静
電潜像電荷密度が決まるので、原稿の連続的な画像濃度
に応じたハーフトーン画像の再現が要求される。このア
ナログ複写機に、導電性の表面を有する現像ローラによ
る非磁性−成分接触現像方式を適用した場合には、現像
電位差に対して出力画像濃度をプロットした曲線の傾き
から得られる現像のγ値が高くなって、この要求に応え
ることが出来ないという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】導電性の現像ローラを
使用した場合でも、トナー帯電量を上げれば現像のγ特
性が小さくなる傾向があるので、Ｏ．Ｄ．（オリジナル
濃度）とＩ．Ｄ．（画像濃度）の関係を示すγ特性も小
さくすることができ、結果として階調再現性を改善する
ことができる。しかしながら、高い帯電量のトナー層を
現像ローラ上に形成することが困難であること、及びト
ナー粒子の現像ローラ表面への固着の問題等が新たに生
じる。したがって、トナーの帯電量を増加させずに、γ
特性を小さくすることが望まれていた。そこで、本発明
は、種々のハーフトーンレベルを有する原稿画像に対応
した感光体表面の潜像を忠実に現像可能な画像形成装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、像担持体上に静電潜像を形成する手段
と、像担持体に対向して配置され、前記像担持体に現像
剤を供給し、静電潜像を現像する現像剤担持体と、この
現像剤担持体の表面に現像剤層を形成する現像剤層形成
手段とを含み、前記現像剤担持体の厚み方向の１ｍ² 当
りの電気抵抗が１０⁵ Ω・ｍ² ないし１０⁶ Ω・ｍ² の
範囲内であって、かつ、厚み方向の１ｍ²当りの静電容
量が５．０×１０^-7Ｆないし１．０×１０^-6Ｆの範囲内
であることを特徴とする画像形成装置を提供する。

【０００８】

【作用】加圧現像法においては、感光体に付着するトナ
ー付着量が多いほど出力画像濃度は高くなる。この感光
体に付着するトナー量は、現像電位差（感光体表面電位
と現像バイアス電位の差）、トナー帯電量、現像ローラ
の厚み方向の電気抵抗値、及び現像ローラの厚み方向の
静電容量値等の条件により規定される。

【０００９】本発明では、これらの条件のうち、現像ロ
ーラの厚み方向の電気抵抗値と、現像ローラの厚み方向
の静電容量値とに着目して感光体に付着するトナー量を
規定し、現像のγ値を小さくすることができた。即ち、
ローラの厚み方向の１ｍ² 当りの電気抵抗を１０⁵ 〜１
０⁶ Ωの範囲内に規定し、かつ、厚み方向の１ｍ² 当り
の静電容量を５．０×１０^-7〜１．０×１０^-6Ｆの範囲
内に規定した。

【００１０】現像ローラの厚み方向の電気抵抗が小さい
場合には、導電性ローラと同様の問題を生じてしまい、
一方、電気抵抗が過剰に大きい場合には次のような不都
合を生じる。即ち、表面に付着している帯電トナー粒子
が現像によって感光体側へ移動し、トナー層がはぎとら
れた後の現像ローラ表面はトナーの帯電極性とは逆極性
の電位よりの値となるので、表面層に電位差が生じる。
現像ローラは、短時間の間に１回転して再び現像を行う
が、次の現像時までにこの電位差が０とならず、実効的
なバイアス電圧が変化してしまい一様な現像ができない
ことになる。

【００１１】抵抗が高い場合には、この電位差の緩和時
間が長くなるため、現像ローラ上の現像された領域と、
現像されなかった領域とで、次の現像バイアスの実効的
なバイアス値が異なることになり、濃度むらのある画像
が出力されてしまう。

【００１２】また、現像ローラの厚み方向の静電容量が
小さい場合には、現像ローラ表面層での電圧降下が大き
くなり、現像トナーに十分な電界が印加されない。この
ため、感光体側へ移動するトナー量が減少して画像濃度
が低くなるので好ましいが、必要最小限のトナーは感光
体に付着しなければならない。一方、静電容量が大きい
場合には、現像電場が強くなりすぎて、現像のγ値が大
きくなってしまう。

【００１３】したがって、現像ローラの厚み方向の１ｍ
² の電気抵抗、及び静電容量を本発明の範囲内に規定し
たことによって、その他の弊害を伴わずに現像のγ値を
小さくすることができ、その結果、良好なハーフトーン
の再現特性を得ることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。図１は、本発明の画像形成装置に使用される現像装
置の一部を示す概略的構成図である。図１に示す現像装
置１１は、非磁性１成分接触型現像装置であり、トナー
１５を収容するトナー容器１４、このトナー容器１４内
に配置された現像剤ローラ１２とを具備し、この現像ロ
ーラ１２は１〜４ｍｍ程度の接触幅（現像ニップ）を有
して有機感光体１３に接している。現像ローラ１２に
は、ブレードホルダ１８ａ、スペーサ１８ｂ、及びブレ
ードホルダ１８ｃにより保持され、先端にシリコンゴム
チップ１８ｄを有する帯電ブレード１８が圧接されてい
る。容器１４の内部には、現像ローラ１２と接するよう
にトナー供給ローラ１７が設置されているとともに、ト
ナーを攪拌するためのミキサー１６が設けられている。

【００１５】なお、現像ローラ１２は、その中心部に存
在する金属シャフト１２ａに現像バイアスが給電され、
感光ドラム１３と１．２〜４倍の速度比で矢印（ＷＩＴ
Ｈ）方向に回転する。例えば、感光体１３、及び現像ロ
ーラ１２の周辺速度は、それぞれ７０ｍｍ／ｓｅｃ、及
び１８０ｍｍ／ｓｅｃに設定することができる。

【００１６】トナーの帯電極性、及びブレードの材質
は、感光体の帯電極性等によって、適宜選択することが
できる。例えば、正帯電の有機感光体１３を使用した正
規現像を用いる場合には、トナーとしては負帯電トナー
を用い、シリコンゴムチップ１８ｄも負帯電を付与しや
すい材質を使用する。

【００１７】この現像装置では、現像ローラ１２の表面
に非磁性トナーの薄層を形成し、これを感光体１３の表
面に接触させることにより現像を行うものであり、２成
分現像方式のように、キャリア、Ｍｇローラ、トナー濃
度コントロール等が不要であるので、小型化及び低価格
化が可能である。

【００１８】この現像装置１１によると、現像は次のよ
うにして行なわれる。まず、トナー容器内の非磁性トナ
ー１５は、ミキサー１６により攪拌されつつ、トナー供
給ローラ１７の近傍に搬送され、さらに現像ローラ１２
の近傍に供給された後、摩擦により帯電し現像ローラに
静電的に吸着してトナー層を形成する。現像ローラ１２
の回転に伴ってシリコンゴムチップ１８ｄによりトナー
の搬送量が規制され、さらにローラとチップとの摩擦に
よりトナーの摩擦帯電が行なわれる。現像ローラ上に付
着した図示されない荷電トナーは、表面に潜像パターン
を有した感光体と現像ニップにおいて接触し、潜像パタ
ーンに応じて感光体上に付着する。

【００１９】なお、有機感光体１３には、次のようなプ
ロセスで潜像パターンが形成される。即ち、感光体１３
は、帯電器Ａにより一様に帯電されて、アナログ複写機
（図示せず）の原稿台の上に置かれた原稿の反射光Ｂの
照射を受け、表面電荷密度に分布を生じる。このとき、
原稿画像の濃度分布に対応して種々のレベルの静電潜像
電位が生じることにより潜像パターンが形成される。

【００２０】このパターンを、現像ローラ表面の帯電ト
ナーにより忠実に再現することによって画像が可視化さ
れる。現像装置１１における現像ローラ１２は、厚み方
向の電気抵抗値と、厚み方向の静電容量値とが一定の範
囲内に規定されているものであり、その構造の一例を図
２に示す。図２に示すように現像ローラ１２は、ステン
レス製の直径８ｍｍの円筒状のシャフト１２ａの外周
に、導電性ゴムからなる弾性体１２ｂを介してＰＶＤＦ
（ポリふっ化ビニリデン）製チューブからなる表面被覆
層１２ｃが設けられている。なお、導電性の弾性体１２
ｂとしては、導電性カーボンを分散したウレタンスポン
ジゴムを使用し、表面被覆層１２ｃを構成するＰＶＤＦ
（ポリふっ化ビニリデン）中には、導電性カーボンを分
散させている。

【００２１】図２に示す現像ローラ１２は、導電性の弾
性体１２ｂをシャフト１２ａ表面に設けた後、ＰＶＤＦ
チューブを被覆し加熱により収縮させて表面被覆層１２
ｃを形成して２層構造とすることができる。

【００２２】現像ローラ１２の厚み方向の電気抵抗は、
表面被覆層１２ｃの厚さを変えることにより変化させる
ことができ、厚み方向の静電容量は、表面被覆層１２ｃ
を構成するＰＶＤＦに分散させる導電性カーボンの量を
変えることによって、変化させることができる。

【００２３】なお、本発明の画像形成装置に適用される
現像ローラ１２はこれに限定されず、本発明の範囲内の
電気抵抗と静電容量とを有していれば、単層構造のもの
を用いてもよい。

【００２４】（実験例）以下、電気的特性の最適値を得
るために、現像ローラ１２の表面被覆層１２ｃの特性を
変化させたローラを数種類作成し、これを用いて得られ
た画像特性を比較した。

【００２５】まず、その中に分散させる導電性カーボン
量の異なる２種類のＰＶＤＦ（ポリふっ化ビニリデン）
を２種類作成し、それぞれのＰＶＤＦを、金属シャフト
上に設けられた弾性体表面に所定の厚さで塗布して６種
類の現像ローラを得、試料１〜６とした。

【００２６】得られた試料１〜６の電気抵抗及び静電容
量を、それぞれ電圧−電流特性、及びブリッジ回路によ
り測定し、その結果を表面被覆層層の厚さとともに下記
表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】次に、試料１〜６の各ローラを図１に示し
た現像装置にそれぞれ設置し、アナログ複写機に搭載し
てハーフトーン画像を再現した。なお、画像再現の条件
は以下のとおりとした。

【００２９】感光体未露光部表面電位：６００（ｖ）現像バイアス電位：２００（ｖ）トナー帯電量：８．０（μＣ／ｇ）現像ローラ上トナー付着量：０．５（ｍｇ／ｃｍ² ）なお、ハーフトーンチャートとしては、７段階（−０．
１，０．３，０．５，０．７，０．９，１．１，１．
３）の原稿反射濃度（Ｏ．Ｄ．）を有するものを使用し
た。

【００３０】ハーフトーン再現性を評価するために、ま
ず、ハーフトーンチャートを複写機の原稿台に置き、適
正露光のもとで、各ハーフトーンレベルに対応する感光
体の表面電位を現像位置で予め測定した。次に、現像ロ
ーラに所定のバイアスを印加して、感光体上に形成され
たトナー像を普通紙に転写し、定着させることによって
画像を得た。得られた画像の反射濃度をマクベスの反射
濃度計（ＲＤ９１８）で測定し、出力画像の反射濃度
（Ｉ．Ｄ．）とした。

【００３１】ハーフトーンレベルの表面電位から現像バ
イアス電位を引いた値（単位：ボルト）に対して、出力
画像の反射濃度（Ｉ．Ｄ．）をプロットして得られた曲
線を、現像のγ特性と称する。図３にこの特性を示すグ
ラフ図を示す。

【００３２】また、原稿の反射濃度（Ｏ．Ｄ．）に対し
て出力画像濃度（Ｉ．Ｄ．）をプロットすることにより
得られたグラフを図４に示す。このグラフをＯ．Ｄ−
Ｉ．Ｄ．γ特性と称する。

【００３３】図３及び図４中、曲線ａ〜ｆは、それぞ
れ、試料１〜６を用いて出力された画像の特性を表わ
し、曲線ｇは、電気抵抗１０³ Ω・ｍ² の導電性ローラ
を使用して再現された画像の特性を示す曲線である。ま
た、図４中の一点鎖線Ａは、γ曲線の傾きが１であり、
理想的な特性を表わすものである。なお、γ曲線の傾き
は、±１０％の範囲内であれば許容される。

【００３４】図３及び図４から、１ｍ² あたりの静電容
量が１０^-7Ｆの場合を表わす直線ｂ、ｄ、及びｆは、い
ずれの電気抵抗の場合でも現像電位差に対する画像濃度
の変化が小さく、全体として低濃度となっている。これ
に対し、静電容量が１０^-6Ｆの場合では、電気抵抗が１
０⁴ Ω・ｍ² である曲線ａは、γ曲線が急峻になり、現
像過多ぎみであることがわかる。また、同様の１０^-6Ｆ
の静電容量であっても、電気抵抗が１０⁶ Ω・ｍ² であ
る場合には、曲線ｃで表わされるように、γ曲線の傾き
が１．１であり、許容し得る範囲内である。

【００３５】なお、導電性ローラを用いた場合には、ｇ
で表わされるように、γ曲線の傾きが急峻であり３段階
のハーフトーンしか再現されなかった。図３及び図４か
ら、忠実再現であるγ曲線の傾き１付近を狙うには、抵
抗値が１０⁵ Ω・ｍ² よりも大きく、かつ静電容量値が
一定の範囲内でなければならないことがわかる。しかし
ながら、抵抗値が高くなりすぎると画像に悪影響が生ず
る。具体的には、１０⁷ Ω・ｍ² の場合には濃度むらの
あるベタ黒画像が出力され、１０⁶ Ω・ｍ² まで下がる
と一様なベタ黒画像が得られた。そこで、抵抗値の上限
を１０⁶ Ω・ｍ² とした。

【００３６】図５に、静電容量とγ曲線の傾きとの関係
を示す。なお、画像出力には、スチレン−アクリル樹脂
に帯電調整剤、顔料等を混合し、粉砕法により製造した
トナーを使用し、現像ローラの単位面積あたりの抵抗値
は、１０⁵ Ω・ｍ² 〜１０⁶Ω・ｍ² とした。忠実に再
現されるＫ＝１に対して±１０％の範囲内にあればハー
フトーンの良好な再現特性が得られるので、０．９＜Ｋ
＜１．１の範囲内のプロットから静電容量を求めると、
５．０×１０^-7Ｆ／ｍ² 〜１．０×１０^-6Ｆ／ｍ² であ
ることがわかる。なお、この範囲内のＫ（γ値の傾き）
を用いて実際に画出しの実験を行ったところ、５段階の
階調が再現された。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
現像ローラの電気的特性である電気抵抗と静電容量とを
一定の範囲内に規定したことにより、種々のハーフトー
ンレベルをもつ原稿画像に対応した感光体表面の潜像を
忠実に現像可能な画像形成装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の画像形成装置に適用可能な現像装置の
概略構成を示す図。

【図２】本発明の画像形成装置に適用可能な現像装置に
おける現像ローラの一実施例を示す切欠斜視図。

【図３】現像電位差と画像濃度（Ｉ．Ｄ．）との関係を
示すグラフ図。

【図４】原稿濃度（Ｏ．Ｄ．）と画像濃度（Ｉ．Ｄ．）
との関係を示すグラフ図。

【図５】静電容量とＫ（γ曲線の傾き）との関係をプロ
ットした図。

【符号の説明】

１１…現像装置、１２…現像ローラ、１２ａ…金属シャ
フト１２ｂ…弾性体層、１２ｃ…表面被覆層，１３…有機感
光体１４…トナー容器，１５…トナー，１６…トナー撹拌機１７…トナー供給ローラ，１８…帯電ブレード。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】像担持体上に静電潜像を形成する手段
と、像担持体に対向して配置され、前記像担持体に現像
剤を供給し、静電潜像を現像する現像剤担持体と、この
現像剤担持体の表面に現像剤層を形成する現像剤層形成
手段とを含み、前記現像剤担持体の厚み方向の１ｍ² 当
りの電気抵抗が１０⁵ Ω・ｍ² ないし１０⁶ Ω・ｍ² の
範囲内であって、かつ、厚み方向の１ｍ² 当りの静電容
量が５．０×１０^-7Ｆないし１．０×１０^-6Ｆの範囲内
であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】前記現像剤担持体が、弾性材料を含む請
求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記現像剤担持体が、前記像担持体に接
触して配置され、前記現像剤が一成分現像剤である請求
項１に記載の画像形成装置。