JPS6410071B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子写真・静電記録等に於て感光体・
絶縁体等の画像形成体面に形成した静電潜像を現
像する装置に関する。

静電潜像の現像はその潜像面に荷電した粒子状
の現像剤＝トナーを供給することによりトナーの
静電吸着作用でトナーが潜像面に潜像パターン・
電位に対応して吸着して潜像顕画がなされる。そ
して転写方式の場合はそのトナー顕画像は画像形
成体面から転写材面へ転写され、熱・圧力等の手
段により定着処理されて利用される。

具体的な現像手段は種々知られており、乾式現
像法と液式（湿式）現像法の２系統に大別され
る。乾式現像法は更に現像剤としてトナーとキヤ
リヤ粒子の混合物を用いる２成分現像法と、磁性
トナーなどトナーのみのものを用いる１成分現像
法とに分けられ、液式現像法は石油系絶縁液等の
キヤリヤ液中にトナーを分散担持させたものを用
いるものである。

ところで何れの現像法に於ても、潜像領域以外
の面領域にトナーの付着する所謂地カブリ現象を
防止する手段として一般に現像部にバイアス電圧
を印加する方法が必要に応じて採用されている。
これはバイアス電圧印加により画像形成体面に於
ける或る閾値以下の表面電位部位にはトナーを付
着させないことにより地カブリを防止するように
したものである。

しかしこの方法は画像形成体側の表面電位との
対応に於てバイアス電圧が低すぎると地カブリを
生じ、又高すぎるとハーフトーン部が白地化した
り、細線のやせやとびを生じるので、環境変動が
あつても常に良好画質を維持させるためには印加
するバイアス電圧を画像形成体側の表面電位変動
に応じて細かく制御する必要があつた。

一方バイアス印加用の現像電極を電気的に絶縁
（フロート）状態にしてこれにより生ずる所謂セ
ルフバイアス効果を利用する方法も知られてい
る。これは現像電極をフロートにすると上記の閾
値を画像形成体面側の表面電位変動に追従させて
変動させることができ、バイアス電圧の制御の精
度を粗くしたり、不用にしたりすることができ
る。

ただ実際上そのセルフバイアス効果を有効に安
定に発揮させることがなかなか難しいものであつ
た。

本発明は同じくセルフバイアス効果を利用する
ことにより地カブリのない現像を行なうものであ
るが、そのセルフバイアス効果を効果的に発揮さ
せて常に安定した地カブリのない良質な現像画像
を得ることができるようにした現像装置を提供す
ることを目的とするものである。

即ち本発明は、静電潜像に現像剤を供給して現
像を行なう装置に於て、静電潜像に現像剤を供給
する現像剤搬送手段が、現像バイアス電圧の印加
される導電性基体と、この基体上に設けられた、
体積抵抗率が10¹⁰〜10¹⁴Ω−cmの中間層と、該中
間層上に設けられた、該中間層よりも体積抵抗率
が小さくその値が10⁸〜10¹²Ω−cmの表面層とを
有しており、現像剤を摩擦帯電して潜像を現像す
ることを特徴とする現像装置である。

以下１成分磁性トナーを利用する所謂マグネツ
トスリーブ現像方式の現像装置を例にして具体的
に説明する。

第１図に於て、１は電子写真に於ける感光体、
或は静電記録に於ける絶縁体等の画像形成体で、
本例においてはアルミニウム製のドラム型基体２
の周面にCdS等の光半導体を利用した光導電層
３、透明絶縁層４を順次に形成した、或は光導電
層３と透明絶縁層４を基本層とするシート状感光
体を基体２の周面に巻き付けた、ドラム型電子写
真感光体（以下感光ドラム又はドラムという）で
ある。そして矢方向に回転駆動され、特公昭42−
23910号公報或は43−24748号公報等に開示の電子
写真プロセス機器（図に省略）により絶縁層４面
に例えば暗部電位450V.明部電圧40Vの潜像が形
成されているものとする。

５はその潜像を順次に現像するマグネツトスリ
ーブ現像方式装置の全体符号で、現像容器６中に
は例えばポリスチレンとマグネタイトを主体とす
る１成分トナー７が入つている。９は現像剤搬送
部材たる非磁性金属製スリーブ、８はそのスリー
ブ内に挿入内蔵させた固定のマグネツトで、スリ
ーブ９はマグネツト８を中心に矢方向に回転駆動
される。容器６内のトナー７はスリーブ近傍部の
ものがスリーブ９の面にマグネツト８の磁力で層
として吸引保持されてスリーブ９の回転と共に搬
送され途中規制ブレード１０部を通過することに
より層厚が整えられる。スリーブ９と規制ブレー
ド１０には電源１１によつて直流電圧によりバイ
アスされた交流電圧が印加されている。又スリー
ブ９面に保持されたトナーはスリーブ９及び規制
ブレード１０との接触摩擦等により帯電される。
本例の場合は一極性に帯電される。

規制ブレード１０部の通過により層厚の整えら
れたスリーブ９上のトナー層７′は引き続くスリ
ーブ９の回転により感光ドラム１面と対向する現
像領域部Ａに至り、該現像領域に於てトナー層
７′のトナーが感光ドラム１の絶縁層４面とスリ
ーブ９間を上記印加した交流電圧の作用で往復運
動し、最終的には感光ドラム絶縁層４面の潜像暗
部電位部分に対してトナーが付着して潜像の可視
化がなされる。

上記の構造に於て、スリーブ９と規制ブレード
１０との距離αを240μ、現像領域部Ａに於てス
リーブ９と感光ドラム１の絶縁層４との最接近距
離βを300μ、スリーブ９と規制ブレード１０に
印加する交流電圧を振幅が1800V、周波数1800ヘ
ルツとしたとき、交流電圧を偏倚させる直流電流
分を70Vにしたときは地カブリを生じ、約80〜
90Vにしたときは良好な画像が得られ、100Vよ
り上に於ては細線のやせや消失の現像がみられ好
ましくない画像となる（本例に於て細線潜像の太
さは約100μ、電位約230V）。

以上のものはスリーブ９が現像電極として機能
し、感光ドラム１側の表面電位との対応に於てバ
イアス電圧が低すぎると地カブリを生じ、又高す
ぎるとハーフトーンの白地化、細線のやせや飛び
（消失）を生じるので印加するバイアス電圧を感
光ドラム側の表面電位変動に応じて細かく制御す
る必要のある例である。

第２図は第１図例の現像装置について現像剤搬
送部材であるスリーブ９について本発明に従つて
そのスリーブ表面に高抵抗層１２を形成し、更に
その層面に中抵抗層１３を設けてセルフバイアス
効果により地カブリを防止するようにした例を示
すものである。

例 １ 具体的には、スリーブ９の外周面にアルミナ粉
末（体積抵抗率約10¹⁴Ω−cm）をプラズマコート
処理（溶射コート処理）で付着させ、そのアルミ
コート層の気孔部をエポキシ樹脂（体積抵抗率
10¹⁴Ω−cm）にて封孔処理することにより約200μ
厚の高抵抗層１２を形成し、その高抵抗層１２の
周面に更にアルミナとチタニア12％の混合物をプ
ラズマコート処理（溶射コート処理）で付着させ
ることにより約50μ厚の中抵抗層１３を形成した
ものである。なお、チタニアは導電性物質であつ
て、チタニアを12％含有したアルミナ−チタニア
混合物はその体積抵抗率は10¹⁰Ω−cm）程度と推
定される。

上記に於て中間層である高抵抗被覆層１２を形
成するためにアルミナをプラズマコート法によつ
て付着させた場合、形成アルミナ層の気孔率は一
般に１〜10％範囲で変動し電気抵抗がコントロー
ルしにくくなるため上記例のように樹脂等で爾後
封孔処理を施こす方がよい。封孔処理剤としては
上記例のエポキシ樹脂の他にも例えばフエノール
樹脂、４弗化エチレン樹脂等その他の樹脂を利用
することができる。上記例のようにェポキシ樹脂
を用いると表面被覆層である中抵抗層１３の層１
２に対する附着強度がよく好結果が得られる。

上記第２図例の装置はスリーブ周面に高抵抗の
中間被覆層１２を介して形成した中抵抗の表面被
覆層１３がフロート状態の実際上の現像電極とし
て作用し、そのセルフバイアス効果によりスリー
ブ９に印加する交流電圧＋直流電圧の直流電圧約
80〜120Vの間で地カブリを生じない、細線のや
せや消失等のない良好な現像が安定に維持され
た。つまり第１図例装置との対比に於て直流電圧
の許容幅が第１図例装置の前記約80〜90Vに対し
て上記80〜120V即ち略４倍に広がつたことにな
る。

例 ２ 中間層である高抵抗層１２は上記例１と同様に
形成し、表面層である中抵抗層１３はその高抵抗
層１２の周面に４級アンモニウム塩を塗布するこ
とにより、(1)厚さ50μ、体積抵抗率10¹⁰Ω−cmの
層を形成したもの、(2)厚さ同じく50μ、体積抵抗
率10¹²Ω−cmの層を形成したものを夫々調製し例
１と同様に使用した結果、(1)及び(2)の何れかの場
合も例１と同等の結果を得た。

例 ３ 中間層である高抵抗層１２は例１と同様に形成
し、表面層である中抵抗層１３は高抵抗層１２の
周面に事務用の透明粘着テープ（商品名セロテー
プ、体積抵抗率10⁸〜10¹¹Ω−cm）を巻付けるこ
とにより形成した。このスリーブを例１と同様に
使用した結果、例１と同様の結果を得た。

本発明に於けるセルフバイアス効果のメカニズ
ムは完全には明らかではないが、以下のように推
定される。

即ち、第３図ａは現像剤搬送部材たる上記抵抗
層１２，１３を被覆処理したスリーブ９と、感光
ドラム１との対向部つまり現像部Ａの部分拡大図
である。いま非磁性スリーブ９に直流電圧のみを
印加し、中間被覆層１２は十分高抵抗であると
し、表面被覆層１３は十分低抵抗であるとし、感
光ドラム表面４′を電極と考えると、中間被覆層
１２、及び現像剤Ａの隙間βは夫々直列接続のコ
ンデンサ回路を構成していると考えることができ
る。第３図ｂはその等価回路を示すもので、感光
ドラム表面電位は電源１４によつて強制的に変動
させられるように示した。

電源１４によつてシミユレートされる感光ドラ
ム表面電位は潜像の白地部と黒地部とを平均化し
たものとすると、第３図ｃのように感光ドラム表
面電位の平均値即ち電極４′が環境変動によつて
同図縦軸のポイント１５から同１６まで変動した
場合、電極（スリーブ）９の電位値（ポイント１
９）は変らないが、実際の現像電極として作用す
る電極（スリーブの表面被覆層）１３の電圧１７
は電極４′と電極９の電位差をコンデンサβと１
２で分圧した値１８となる。

つまり、スリーブ９の周面に抵抗層１２，１３
を形成しない場合は現像電極として作用するその
スリーブ９の電位は感光ドラム表面電位が変動し
ても一定電位であるが、上記の場合は感光ドラム
表面電位の高低変動に対応追従して実際上の現像
電極たるスリーブ表面被覆層１３の電位が自然に
高低変化する、即ちセルフバイアス作用をするも
のと考えられる。

以上は単純化モデルであるが、実際実施の場合
には下記のような点に留意する必要がある。

(1) 中間被覆層１２の抵抗は高い方が現像電極た
る表面被覆層１３の電位フロート量が多くなる
が、トナーが摩擦帯電して現像作用するための
電荷は金属スリーブ９より層１２→層１３を通
して供給されるため中間被覆層１２の抵抗が高
すぎる場合は電荷供給が不足しトナーの摩擦帯
電量が減少するから、連続現像時間が増すにつ
れてトナー附着量が減少し、画像濃度が薄くな
る現像が起きる。

つまり中間被覆層の抵抗値の上限はトナーに
対する電荷供給不足を起さない範囲であり、そ
の範囲内で可能な限り現像電極たる層１３をフ
ロートさせる値が望ましい。

(2) 他方、現像電極たる表面被覆層１３は抵抗値
が高すぎるとセルフバイアス効果が局所的に起
き、黒地現像面積大なるときは現像濃度が低下
し、白地面積大なるときは地カブリを生じる。
抵抗値が低すぎると、電極１３の電位は規制ブ
レード１０やホツパ６内のトナーの電位に影響
され、フロートしなくなつてセルフバイアス効
果がなくなる。

つまり層１３の抵抗値の下限は該層の現像時
の電位に規制ブレード１０等が影響を及ぼさな
い程度の値が必要であつて、上限はセルフバイ
アス効果が局所的にならず、スリーブ９の母線
方向に電位が各部略同一とみなせる範囲でなけ
ればならない。

第４図は本発明構成装置の等価回路を第３図ｂ
例よりも詳しく示したもので、金属スリーブ９は
円形導体２０を形成し、中間被覆層１２はその円
形導体の外周にコンデンサ２１と抵抗２２を並列
に無限に接続したものと解され、表面被覆層１３
は上記コンデンサ２１と抵抗２２の各並列対を無
限の抵抗２３で互に連結したものと解される。又
規制ブレード１０と表面被覆層１３との隙間αは
コンデンサ２４を構成すると解される。

対比例 中間被覆層１２をエポキシ樹脂のみの層で構成
した場合は現像画像が徐々に薄くなる現象がみら
れた。金属スリーブ９に流れ込む電流を測定した
結果トナーの持ち出す電流量に対して金属スリー
ブに流れ込む電流量が不足していることが判明し
た。又金属スリーブ９をアルミニウム合金製とし
その外周面をアルマイト処理し更に封孔処理する
ことにより中間被覆層１２を構成したものは直流
電圧の許容量の拡大はみられなかつた。その抵抗
値は導電体とみなせる程度の値であつた。

つまり中間被覆層１２は現像電極たる表面被覆
層１３を電気的にフロートさせるに十分な抵抗値
と、厚みが必要であつて、なおかつその抵抗値は
トナーの持ちだす電荷量を丁度おぎなう程度の電
流が流れる抵抗値でなければならない。

そこで実際上はその中間被覆層１２の抵抗値は
種々の実験結果より体積抵抗率10¹⁰から10¹⁴Ω−
cm程度がよいと推定される。この体積抵抗率は層
１２の厚みによつて当然左右されるものである。

また表面被覆層１３は、ニツケルクロームを用
いたもの及び、チタニアを40％含むアルミナ−チ
タニア混合物を用いたものでは直流電圧の許容量
の拡大は見られなかつた。これはブレード１０に
よる電界のため、現像電極である該層が電気的に
フロートしないためと推定される。

更に、表面被覆層１３として、アルミナのみ、
及びチタニアを２％含むアルミナ−チタニア混合
物では、セルフバイアスのかかる面積が非常に小
さくベタ黒部のまわりは白くヌケるが、大面積の
白地部はかぶる現像が見られ実用的でなかつた。

つまり、表面被覆層１５は、静電潜像による電
界以外の影響を受けない程度に大きな抵抗値をも
ち、その抵抗値の上限は金属スリーブの母線方向
に均一したセルフバイアスがかかる範囲でなけれ
ばならない。この体積抵抗率は10⁸から10¹²Ω−
cm程度と推定されるが、これは現像器の構成や、
表面被覆層の厚みによつて決定されるものであ
る。

以上、１成分磁性トナーを利用する所謂マグネ
ツトスリーブ現像方式の現像装置を例にして説明
したが、スリーブがベルト形であるもの、２成分
現像剤を用いる方式、他の現像方式等に於ても現
像剤搬送部材につき上記のような被覆層１４，１
５処理を行なうことにより本発明を有効に実施出
来る。又液式現像に於ても現像電極につき上記被
覆層１４，１５処理することにより本発明を有効
に実施出来ることは勿論である。

以上のように本発明に依ればセルフバイアス効
果を利用し、その効果を十分に発揮させてカブリ
のない常に安定した現像画像を得ることができる
大きな効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１成分磁性トナーを用いるマグネツト
スリーブ方式現像装置の一例の断面図、第２図は
その装置のスリーブ周面に本発明に従つて抵抗層
被覆を形成したものの例の断面図、第３図ａは現
像部の拡大断面図、同図ｂはその部分の等価回路
図、同図ｃはセルフバイアス効果を示すグラフ、
第４図は第２図装置の等価回路図である。 １は感光ドラム、９は現像剤搬送部材たるスリ
ーブ、８はマグネツト、１２は高抵抗層、１３は
中抵抗層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 静電潜像に現像剤を供給して現像を行なう装
   置に於て、 静電潜像に現像剤を供給する現像剤搬送手段
   が、現像バイアス電圧の印加される導電性基体
   と、この基体上に設けられた、体積抵抗率が10¹⁰
   〜10¹⁴Ω−cmの中間層と、該中間層上に設けられ
   た、該中間層よりも体積抵抗率が小さくその値が
   10⁸〜10¹²Ω−cmの表面層とを有しており、現像
   剤を摩擦帯電して潜像を現像することを特徴とす
   る現像装置。 ２ 前記基体に直流電圧を印加する特許請求の範
   囲第１項に記載の現像装置。 ３ 前記基体に交流電圧を印加する特許請求の範
   囲第１項又は第２項に記載の現像装置。