JPS60205472A - 現像方法 - 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】 〔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
性トナーの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
ているがゆえに、均一なトナー薄層を可動現像剤担持体
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
に弾性グレードとしてのゴムブレード２をその自由端、
つまシ現像剤の流れの下流側に位置するエツジを除く面
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
、例えけトナー容器３から供給された非磁性のトナー４
を前記ゴムグレード２によシ現像ロール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ツ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。その
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、よシ均
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、よシ長時間に亘って圧接
力下にて摩擦を受けることになシ、その結実現像剤は均
一かつ充分な摩擦帯電電荷が与えられることに々る。

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シ前述し
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け顔料によって着
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１通常、色毎に異
なっている。勿論、同一の物質によって着色されたトナ
ーであっても、樹脂や添加剤環の材料、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１
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剤相持体の
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
あ欠点が認められた。

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使方法、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け、 ■　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々いこと、■　製造き
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〕

本発明岐非磁性トナーのみからなる一成分現像剤によ）
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
エツジを除く所定の面が核相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
ーのみよシなる一成分現像剤の￥ＩＮ服を形成し、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
現僚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功、像側と
の間の運動摩擦係数をμｂとした時、 μｌ〈μｒ 及び　μｍ〈μｂ 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図り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は時計回シ方向（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
接続されておシ、ピーク値差１．８ｋＶ、周波数１　ｋ
Ｈｚの交流電圧Ｋ　＋３００Ｖの直流電圧を重畳した電
圧が印加される。前記現像ロール２ノは例えば直径２４
鰭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点平均粗さく　、
ｒｒｓ　Ｂ　０６０１　）による。また、図中の２３は
例えば厚さ０．２　ｆｉ、長さ２７０態、幅３５絹のリ
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の一端側は取付はネジ２４によって支持体
２５に固定されておシ、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
の弾性グレード２３のエツジ、りまシ自由端は現像ロー
ル２ノの表面に接触していない。かかる第１の弾性グレ
ード２３の現像ロール２ノに対する圧接力Ｐ１は例えば
７８　ｙ／ｃｇに設定しである。

ここで、Ｐｌはブレードの全圧力Ｐｔ、ブレードの現像
ロールの回転軸方向の長さｚｂ（２７ｃＲ）よシｐ、　
＝　Ｐｔ／ｚｂにて算出される線圧、つｔｂ単位長さ当
シの圧力である。

更に図中の２６は例えば厚さ７５μｍのｆリエステルフ
ィルムからなる第２の弾性グレードである。この弾性グ
レード２６の一端側は支持体２７に固定されておシ、か
つ他端側は前記第１の弾性ブレード２３と同様、エツジ
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２ノに
対する圧接力ｐｚは１０　Ｐ／ＣＩＩＫ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Ｐ　１　ｒＰｚの関係はＰｌ）Ｐａ
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２ノの上部、第１．第２の弾性グレード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２５．２７、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シ構成されている。なお、前記支
持体２５　、２７及び容器壁Ｊ　Ｏ、，９１は前記一対
のサイド７レームに固定されておシ、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を攪拌するための攪拌羽根３２が配設されてお
シ、かつ該攪拌羽根３２社前記一対のサイド７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７８關のセレン系
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０．２０　ト々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２ノと感光ドラム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υ現像像が形成される。

上述した方法においてトナー２９の内部摩擦係数を履、
現像ロール２１周面とトナー２９との間の運動摩擦係数
をμｒ１弾性弾性グレード２３とトナー２９の間の運動
摩擦係数をμｂとした時、μｌ〈μｒ及びμｌ〈μｂと
なるようにトナー２９、現像ロール２１及び弾性グレー
ド２３を〜　用いることによって、現像ロール２１周面
に極〈薄い厚みの均一なトナ一層を形成でき、トナー粒
子に均一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
トナ一層を形成できる理由について詳述する。

現像ロール２１周面に非磁性のトナー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図社トナ一層の階層化グロセスを示したもので
、第４図（、）〜（ｄ）は同第３図の領域Ａ−Ｄでの弾
性グレード２３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。これらの図ニジトナ一層の
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。

トナ一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なる関係が成夛立つ。

第　１　表 現像ロールの移動に伴なってトナ一層中に剪断面、即ち
滑り面が生じるためには ＦＹ　Ｉ　Ｆｌ　（ｖｂ　ｒ　Ｆｂ　＋　Ｆ’ｒ　Ｉ　
Ｆｒ　＋＋＋　（すの関係を満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
トナーの間に渭勺が生じる以前にトナーとトナーの間に
渭シが生じ、トナ一層の剪断が行なわれる。剪断の繰シ
返しによって最終的に一層化されたトナ一層は、現像ロ
ールの表面に付着したまま弾性グレードの圧力下を脱出
しなければならない（第４図（ｅ）　、　（ｄ）図示）
。このために杜、トナーと弾性ブレードの間に滑シが生
じることが必要であシ、 Ｆｂ　、　Ｆｂ　（Ｆｒ　、　Ｆｒ　・−（２）なる条
件を満たすことが必要である。

前記（１）　、　（２）式よシ、現像ロール表面にトナ
ーの薄層を得るための条件は Ｆ’！”、　Ｆｉ　（Ｆｏｂ−、Ｆｂ　（Ｆ’ｒ’　、
　Ｆｒ　・＝　（３）Ｘ線 μＩ１μｍ〈μｂｌμｂくμｒｒμｒ・（４）と考えら
れる。但し、トナ一層に作用する圧力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シが生じ、τはそ
れ以上の値とならない。種々の圧縮応力σφ値に対して
夫々限界値のＴ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、これを破壊包結
線という。破壊包結線が５図の１．１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ーロンの法則が
適用できるようになシ、 τ；μＩσ十Ｃ＝σ−φＩ＋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、φ１は内部摩擦角、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＝Ｏ１つま９第５図のＩがこれに相当する。同図中の
１．Ｉｔのように直線で表わされるものをクーロ／粉体
という。

同図中のｍＬ非クーロン粉体で、次式 で表わされる。但し、式中のσ１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Ｋｎ　）　ｌ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−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５ノ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の異々る値に対し
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＠６■の剪断セルを用いてトナ一層の内部摩擦
係数を測定した。この時の条件り剪断セル５１．５２と
して外径７５　ｍ　、内径６１絽、高さ５ｆｉのリング
を使用し、トナ一層高さを上下共に５　ｓｘ　、剪断速
度をＱ、ｌ　鰭／　＠ｌｌｅ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状第７図に示すように弾
性グ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１００關ｘ１００鵡）の
上に上述した可動セル５ノを置き、荷重軟菌状態で可動
セル５ノを矢印の方向に引くことによシ測定した。この
時の条件は、トナ一層高さを５　ｙａｐ　、セルの移動
速度を０１鴎／５ｅｃｎ予圧を４００　Ｆ／−とし、荷
重を５０Ｐ／−から４００　Ｐ／ｉまで変化させた。

前記トナ一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、破壊包結線の傾き、つま）トナ一層の内部
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ＫＯ，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
、弾性グレードに相当′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 第２表中のａのＡｔ板を用いて現像ロールとトナーの間
の摩擦係数４を測定したところ、前述した内部摩擦係数
μ■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Ａｔ板を用いた場合に
はμｒは）す−Ａ〜Ｋに対しテ胴に０．５０　、０．５
２　、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１１ｂを
測定したところ、前述した内部摩擦係数μｌを有するド
ナーＡ−Ｅに対しテ胴に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２ノとして
１２表中のＣのＡｔ板に相当するもの（表面粗さが３μ
ｍのＡｔロール）を使用した現像装置に前述した内部摩
擦係数μｍ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周面へのトナ一層の形成を行ない、トナー
の内部摩擦係数μｌ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一層の良否、並びに同
トナーの内部摩擦係数μｌ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一層の良否、
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、ｘ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 μｌ〈μ「　・・・　（７） 並びにμｌ〈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５ノ内に前述した内部摩
擦係数（０，４２）をもしトナー人を入れ、第２表中の
ａ　”　ｅのＡｔ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。

第　３　表 また、第３表に示す数値と実際に形成されるトナ一層の
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 ％式％（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ト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に０．
５７の場合）。これらの点はμｌが大きい領域に分布し
ておシ、μｌ〈μｌでしかもμｌ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μｌ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シ、トナー薄層を
飛翔させて感光ドラムに現像像を形成する際、該、ロー
ラの山と谷の部分での電界強度の差が大きくなシ、粗れ
などの画質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）式の条件を満すことが均一なトナー薄層の
形成、良好な画像形成の観点から好ましい。よって、前
記（７）　、　（８）　、　（９）式をまとめると、 μｌ〈μｂ〈μｌ　・・・　ａｌ 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）弐に祉靜止摩
擦係数）が含まれているが、上述した実験結果よシ、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一層の剪断過程で現像ロー
ル・トナー間、弾性ブレード・トナー間にも渭シもしく
社ころがシが生じていることを示唆している。

前記０１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ったところ、ムラ、カプ
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
１〜０．２５順。

ドラムの最大表面電位４００〜１００ＯＶ、第１弾性ブ
レードの圧力３０〜１８０　Ｆ／備、交流現１１Ｎバイ
アス８００〜２３００ｖ（ピーク値差）、６Ｃ）Ｏ〜１
５００Ｈｚ、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ょシ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
トナ一層形成グロセスを示す概略図、第４図はトナ一層
の薄層化グ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−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
トナ一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
及び弾性グ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Ｗ！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
、２６・・・第２の弾性ブレード、２８・・トナー容器
、３３・・感光ドラム。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第３図 第４図 第７図 第８図 ｔニル浅イｍｘ（ｍｍ） 第９図 び（ｇ／ｃｍ２） Ｐｂ　第１１図 第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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を該グレードの
   エツジを除く所定の面が該担持体の局面に圧接するよう
   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現像方法にお
   いて、前記現像剤の内部摩擦係数をμｌ。 前記現像担持体の局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との
   間の運動摩擦係数をμｂとした時、μｌ〈μｌ 及び　μｌくμｂ となるように現像剤、現像剤相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現像方法。
2. （２）　μｍ、μｒ、μｂの関係が μｌ〈μｂ〈μｌ 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特許請求の範囲第１項記
   載の現像方法。