JPS6410072B2 - - 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・
絶縁体等の画線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、細線のやせや飛びを生じるので、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かしいものであ
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、導電性基体と、体積抵抗
率が10⁸〜10¹²Ω−cmの表面層と、該表面層と上
記基体の間に設けられた、該表面層より体積抵抗
の大きい中間層とを有していて、上記表面層をフ
ロート状態にして現像を行い、現像後の上記表面
層に電荷を供給する手段を設けた、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、
本例に於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を基体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、明部電位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
る一成分トナー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象がみられ好
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。

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
ナ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％の混和物をプ
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。尚、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％の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。上記例のようにエポキシ樹
脂を用いると表面被覆層である中抵抗層１３の層
１２に対する付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。

上記の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２２，１３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に対する印加電圧
を直流電圧のみを考え、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、及び現像部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。

ところで、上記のセルフバイアス効果を利用す
る構成は前記したように第１図例の現像剤搬送部
材たるスリーブ９で直接に現像部Ａにバイアスを
作用させるものに比べて直流電圧の許容幅が略４
倍にも広がり有効なものであるが、ただいまだ改
善すべき次のような問題点がある。

即ち、潜像の現像は現像剤搬送部材たるスリー
ブ９側からトナーつまり電荷が感光ドラム１側へ
隙間βを介して移動する。本例の場合は負帯電ト
ナーつまり負電荷がスリーブ９側から隙間βを介
して移動することである。そのため中間被覆層１
２の抵抗が高すぎると、表面層１３へのスリーブ
９からの電荷の注入が困難となつて減少し、その
為表面層１３はトナーとの摩擦帯電によつてトナ
ーと逆極性にチヤージアツプして行き、トナーへ
の摩擦帯電能力が低下するからトナーへのマイナ
ス電荷が不足し、現像枚数の増大に従つて顕画像
の濃度が低下する現象を生じる。この場合その中
間被覆層１２の抵抗を下げればよいが、抵抗値の
低下は現像電極たる表面被覆層１３のフロート量
が少なくなりセルフバイアス効果が低下する。電
荷注入量とセルフバイアス効果とを両立させるに
は体積抵抗率10¹⁰Ω−cm位の物質で層１２を形成
するのがよいが、環境の温湿度変動により形成層
の抵抗値は変化しやすいから上記の値を保持させ
ることは極めて困難である、という点である。

本発明はこの問題点を解決して、即ち中間被覆
層１２は十分に高抵抗なものであつてもトナーに
対する電荷供給に不足を生じることなく、現像時
の現像電極たる層１３のフロート量も多く、環境
安定性のよいこの種のセルフバイアス効果を利用
した現像装置を供給するもので、現像剤搬送部材
９の面に上記のように高抵抗層１２及び中抵抗層
１３を順次に形成すると共に、その中抵抗層１３
に電荷供給手段を設けた構成を特徴とする。

その電荷供給手段として第４図例はスリーブ９
の表面被覆層たる中抵抗層１３の表面に接触させ
て電荷供給ブレード２０を設け、そのブレード２
０をバイアス電源１１に接続したものである。

第５図は上記第４図例装置の原理的等価回路で
あり、この回路では上記ブレード２０をスイツチ
として表わした。即ち、現像時にはスイツチ２０
は開かれており、電極１３はフロートしている。
現像後トナーによつて持ちだされた電荷を補充す
るため、スイツチ２０は閉じられる。以下金属ス
リーブ１回転ごとに、この作用がくり返される。

これによつて、高抵抗の中間被覆層１２は十分
高抵抗なものであつても電荷供給が不足する事が
なく、現像時の電極１３のフロート量も多くな
る。従つて環境安定性のよい、セルフバイアス効
果を利用した現像装置となる。

具体的には本例装置によると、直流電圧の許容
幅が第１図例装置の前記約80〜90Vに対して約80
〜180Vとなり、約10倍に広がつた。

第６図は同じく第４図例装置についてスリーブ
全周的にみた場合の等価回路を示すもので、金属
スリーブ９はサークル導電体２１を形成し、高抵
抗の中間被覆層１２はそのサークル導体２１の外
周にコンデンサー２２と、無視しうる抵抗２３と
を並列に無限に並べたものと解され、中抵抗の表
面被覆層１３は上記コンデンサ２２と抵抗２３に
対して抵抗２４を無限に直列に並べたものと解さ
れる。電荷供給ブレード２０はスリツプリング２
５を形成し、規制ブレード１０はコンデンサー２
６を形成している。感光体１は３層構成の場合、
表面絶縁層４・感光層３とがコンデンサー２７を
形成している。感光体表面の静電潜像は電極４′
で表わされ、潜像形成プロセスによりチヤージさ
れている。現像プロセス部分Ａは現像電極１３
と、隙間βと、電極４′によりコンデンサー２８
を形成している。現像時には、トナーにより電極
１３から電極４′にマイナス電荷が流れる。

この構成により現像電極１３は、現像時には電
極４′の影響を受けつつフロートしており、現像
後回転してスリツプリング部２５において電荷供
給を受ける。

ここで現像電極部分１３は電気的にフロートせ
ねばならない。そのためには抵抗２４が高抵抗な
ほどよいが、余りに高抵抗であると、セルフバイ
アスのかかる面積が小さくなり、大面積の黒地部
の濃度が低下し、大面積の白地部に地カブリを生
ずる様になる。そのため現像電極１３が現像スリ
ーブの母線方向に略同一とみなせる程度の抵抗で
なければならない。他方抵抗２４が余りに低抵抗
であると、スリツプリング部２５や規制ブレード
１０による電位の影響を、現像電極１３に直接与
える事になりセルフバイアス効果は失なわれる。

表面被覆層１３の抵抗値の上限はセルフバイア
ス面積によつて決定され、下限はスリツプリング
２５と規制ブレード１０からの必要な電位差を保
つ値で決定される。

高抵抗の中間被覆層１２は、体積抵抗率10¹⁴Ω
−cm位必要であるが、他の高抵抗物質、例えばエ
ポキシ樹脂等では機械的強度が弱く、また金属ス
リーブをアルミで作り表面にアルマイト層を形成
したものでは、封孔処理を施しても、金属スリー
ブ９と中抵抗の表面層１３の間に電気的導通が見
られセルフバイアス効果が得られなかつた。アル
ミナ粉末をプラズマコート法で溶射したものは、
電気絶縁性、機械的強度共に特に良好であつた。

中抵抗の表面被覆層１３は、体積抵抗率10⁸〜
10¹²Ω−cm程度にコントロールせねばならない、
また電荷供給手段として金属ブレード２０を用い
た場合耐摩性が問題になる。樹脂やゴムを用いた
場合体積抵抗率のコントロールは容易であるが、
耐摩性に難点がある。

アルミナ粉末にチタニア粉末を混合したものを
プラズマコート法で溶射したものは、粉末の混合
比を変える事により体積抵抗率のコントロールが
容易に出来、耐摩耗性も極めて良好であつた。

電荷供給手段は第４図例のブレード接触方式の
他、第７図例のようにスリーブの表面被覆層１３
に接近させて電極２８を配設し、スリーブ９との
間に交流電源２９により交流電界をかけてトナー
をスリーブ側と電極２８側との間を往復運動させ
トナーが電極２８に接触することによつて電荷を
供給する、第８図のようにコロナ放電器３０によ
り電荷を供給する。第９図のように円筒状の電極
３１を接触回転させることにより電荷供給を行な
う、等の方法に依つてもよい。

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１２，１
３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１２，１３処理し、又電荷供給手段を設ける
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
セルフバイアス効果を得るため第１図例装置のス
リーブ周面に抵抗層被覆を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図装置に更に電荷
供給手段を設けて改善を図つたものの断面図、第
５図は第４図例装置の原理的等価回路図、第６図
はスリーブ全周についての等価回路図、第７図乃
至第９図は夫々各種の電荷供給手段例を示す図。 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、２０，２８，３０，３１は電荷供給手
段。

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、導電性基体と、体積抵抗率が10⁸〜10¹²Ω−
   cmの表面層と、該表面層と上記基体の間に設けら
   れた、該表面層より体積抵抗の大きい中間層とを
   有していて、上記表面層をフロート状態にして現
   像を行い、現像後の上記表面層に電荷を供給する
   手段を設けた、ことを特徴とする現像装置。 ２ 現像剤搬送手段の導電性基体に直流電圧を印
   加する、特許請求の範囲第１項記載の現像装置。 ３ 現像剤搬送手段の導電性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。