JPH02105181A - 現像装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は静電潜像を現像剤にて現像する技術の分野にお
いて利用され、特に現像剤を磁気力で拘束して現像を行
う現像装置に関する。

［従来の技術］ 従来、例えば、静電潜像担持体としての感光ドラム表面
に形成した潜像を一成分系の現像剤としての磁性トナー
によって顕像化する現像装置は、磁性トナー粒子相互の
摩擦、及び現像剤担持体としてのスリーブと磁性トナー
粒子の摩擦により感光ドラム上に形成された静電像電荷
と逆極性の電荷を磁性トナー粒子に４え、該磁性トナー
をスリーブ上にきわめて薄く塗布させて感光ドラムとス
リーブで形成される現像領域に搬送し、現像領域におい
てスリーブ内に固着された磁石による磁界の作用で磁性
トナーを飛翔させて感光ドラム上の静電潜像を顕像化す
るものが知られている。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような現像装置においては、いず
れもスリーブ上に比較的薄い均一なトナー層を形成しな
ければならないか、環境状態、トナー物性、スリーブ表
面の状態等に依存し、均一なトナー層を得ることかてき
ず、特に低湿環境においてムラを生じる場合か多い。

また、複写を虫ねるにつれ現像剤が繰り返しスリーブと
摩擦された結果、トナーの流動性をよくするための添加
剤や二成分系トナーにおけるキャリア等の非現像物質か
スリーブ上に堆積したり、あるいは現像剤中の結着樹脂
かスリーブ上に成膜したりするためにスリーブの表面状
態が変化し、現像剤の現像性が不安定化し、あるいは静
電潜像面への現像剤の搬送か不安定化するという問題が
あった。

また、トナー中に微粉が存在すると、その現像性の差に
より微粉トナーが選択的にスリーブの表面近傍に蓄積し
、そのトに本来のトナーが層を形成するために、現像に
必要な適正帯電量が得られにくくなり、微粉層形成部分
と通常部分とに濃度差が生じる、いわゆるスリーブメモ
リが発生するという問題が生じていた。

このようなスリーブの表面状態の変化を防止するため１
例えば、無機高分子弗化炭素を含有する被膜を形成する
もの（特開昭５７−６６４４：ｌ）　、シリカか分散さ
れた離型性のよい樹脂を形成するもの（特開昭５８−１
７８３８０）、有機シリコーン重合体、脂肪族含弗素化
合物、あるいはスチレン系樹脂、ポリフェラレンオキサ
イドより選択される物質の少なくとも１種及び２〜６座
配位子を有する金属錯体を含有する被膜を形成するもの
（特開昭５７−７６５５８）等、特に離型性の高い物質
をスリーブ表面に被膜することて表面状態の変化防止を
行うものか提案されていた。しかし、これらの提案では
上述したスリーブメモリ等従来の問題を解決するには至
らなかった。

本発明は、上述のごとくの問題を解消し、トナーをスリ
ーブ表面上に均一に担持させることかできる現像装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、−ｈ２目的は、 現像剤収納室内の現像剤と接触しこれを表面に担持して
静電潜像担持体との間で形成さ゛れる現像領域に搬送す
る現像剤担持体とを有する現像装置において、 上記現像剤担持体は、結晶性グラファイトを含有した膜
が上記現像剤担持体の表面に形成されている、 ことにより達成される。

［作用］ 上記のように構成された現像装置が起動し、結晶性グラ
ファイトを含有した膜が表面に形成された現像剤担持体
が所定の方向に回転すると、現像剤収納室内の現像剤か
現像剤担持体表面に塗布され、現像領域に搬送される。

この際、現像剤担持体は、該現像剤担持体表面の膜に含
まれる結晶性グラファイトの結晶構造等の性質により微
粉現像剤あるいは現像剤中の樹脂等を付着させることな
く回転し、現像剤層を均一に相持して現像領域に搬送す
る。

［実施例］ 以下、添付図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明を一成分絶縁性磁性現像剤としてのト
ナー５を使用する現像装置に適用した一実施例の断面図
である。

図中の１は静電潜像を担持し、矢印Ａの方向に回転する
静電潜像担持体としての感光ドラムであり１表面に絶縁
層を有するものあるいは有しないもの、いずれも使用可
能でもちろんドラム状に限らずシート状、ベルト状のも
のも可能である。

２は、トナー５を表面に担持して矢印Ｂの方向に回転す
る現像剤担持体としてのスリーブであり、スリーブ２の
内部には多極永久磁石３が回転しないように固定されて
いる。また、スリーブ２の表面には、後述する結晶性ク
ラファイトを含有した被膜１０が約０．５終■〜３０）
Ｌ■の厚さに形成されている。４は、トナー５を収納し
、スリーブ２の表面にトナー５を接触させる現像剤収納
室である。

６は、現像剤収納室４で担持されたスリーブ２表面上の
トナー５の層を所定の厚さに規制する部材としての鉄製
のドクターブレードであり、スリーブ２表面とドクター
ブレード６との間隙が約５０ｐｍ〜５ＯＯＩＬ腸になる
ように配設されている。

上記のように構成された現像装置が起動してスリーブ２
が矢印Ｂの方向に回転すると、現像剤収納室４内ではト
ナー５回士あるいはスリーブ２表面とトナー５の接触摩
擦によって、感光ドラムｌ上の静電潜像と逆極性の電荷
かトナー５の与えられ、スリーブ２表面に塗布される。

スリーブ表面に塗布されたトナー層はさらに、多極永久
磁石３の一つの磁極（図中ではＳ極）位置に対向して配
設されたドクターブレード６により均一・かつ薄い層（
層厚は約３０終■〜：１００　ｇｍ　）になるように規
制され、感光ドラムｌとスリーブ２とで形成される現像
領域に搬送される。このとき、スリーブ２の回転速度を
調節することにより、トナー層の表層速度及び好ましく
は内部速度が感光ドラム１表面の速度と実質的に等速、
もしくはそれに近い速度となるようにする。なお、ドク
ターブレード６は鉄のかわりに永久磁石を用いて対向磁
極を形成してもよい。また、現像領域において、スリー
ブ２と感光ドラム１面との間で交流バイアスを印加する
ことにより、スリーブ２上のトナー５を感光ドラムの方
向に飛翔させるようにしてもよい。

ここで、スリーブ表面に形成されている被膜ｌＯについ
て説明する。

本実施例における被膜１０は、被膜形成高分子材料に結
晶性タラファイト及び導電性のアモルファスカーボンか
含まれたものが使用されている。

本実施例に使用される結晶性グラファイトは、大別する
と天然黒鉛と人造黒鉛とに分けられる。

人造黒鉛は、ピッチコークスをタールピッチ等により固
めてＩ２００°Ｃ位で一度焼成してから黒鉛化炉に入れ
、２３００℃位の高温で処理することにより、炭素の結
晶が成長して黒鉛に変化する。天然黒鉛は、永い間の天
然の地熱と地下の高圧によって完全に黒鉛化したものか
地中より産出するものである。これらの黒鉛は、種々の
優れた性質を有していることから工業的に広い用途をも
っている。黒鉛は、暗灰色ないし黒色の光沢のある非常
に柔らかい滑性のある結晶鉱物で、鉛筆等に利用されそ
の他耐熱性、化学的安定性があるため潤滑剤、耐火性、
電気材料等に粉末や固体や塗料の形で利用されている。

結晶構造は六方晶とその他に菱面晶系に属するものかあ
り、完全な層状構造を有している。電気的特性に関して
は、炭素と炭素の結合の間に自由電子が存在し、電気の
良導体となっている。なお、本実施例で使用する黒鉛は
天然１人工のどちらでもよい。

また、発明者らの実験から本実施例に使用する黒鉛は、
粒径的には０．５弘■〜１０ＩＬｍのものかよいことが
明らかとなった。

被膜形成高分子材料は、例えば、スチレン系樹脂、ビニ
ル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネー
ト４！Ｉ脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミ
ド樹脂、フッ素樹脂、繊維素系樹脂、アクリル系樹脂等
の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ア
ルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウ
レタン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹
脂等の熱硬化性樹脂あるいは光硬化性樹脂等を使用する
ことかできる。中でもシリコーン樹脂、フッ素樹脂のよ
うな離型性のあるもの、あるいはポリエーテルスルホン
、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド１、ポ
リアミド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、
スチレン系樹脂のような機械的性質に優れたものがより
好ましい。

導電性のアモルフスカーボンは、一般的には「炭化水素
または炭素を含む化合物を空気の供給が不十分な状態て
燃焼または熱分解させててきる結晶子の集合体」と定義
されている。特に電気伝導性に優れ、高分子材料に充填
して導電性を付与したり、添加量のコントロールである
程度任意の導電度を得ることかできるため広く普及して
いる。なお、本発明者らの実験によれば、本実施例で使
用する導電性のアルモファスシリコーンの粒子径はｌｕ
ｇｍ〜８０ルｌのものが好ましく、１５牌−〜４０＃１
．県のものかより好ましいことかわかった。

次に、スリーブ２の表面に形成する被膜ｌＯについて、
本発明者らか行った実験を添付した表２の実験結果に基
づいて説明する。

木￥験は結晶性グラファイト、導電性アモルファスカー
ボン、樹脂及び溶剤を添付した表１に示すように処決し
た各膜をページプリンタ機のスリーブ２の表面に形成さ
せて濃度変化、スリーブメモリ、トリー−融着、及び塗
料安定性の各項目について比較したものである。

表１の各処決において、結晶性グラファイトは平均粒径
が約４．５１上ｍのものを使用し、導電性アモルファス
カーボンにはフェノール樹脂を用いた。また、溶剤は、
メタノール、メチルセルソルブ、ブタノールの各ｌ対ｌ
対ｌの混合溶剤を用いた。本実験では、上記各内容物を
ガラスピーズと混合して２４時間ペイントシエイカーで
分散した後、ナイロン製のメツシュ（３００ｇ■）にて
Ｉ！！過して塗料化し、これらをエアースプレー法にて
アルミ円筒に均一にｌ０ＪＬ１１の厚さにｈるように付
着させ、約１７０度で３０分乾燥を行ったものをスリー
ブ２とした。

まず、濃度変化の実験結果について説明すると、第２図
に示すように処決１〜３に対しては安定した濃度か得ら
れるが、処決４は微少な濃度低下、処決５、処決６に対
しては顕著な濃度低下が見られる。これらを低湿下の状
況で再度濃度変化を見ると、両者の差はさらに広がった
。また高温高湿の状況でも処決１〜３は安定した濃度か
得られた。また、すべての環境下でもトナーコート而の
ムラの発生かなかった。

この結果から、濃度低下は各処決中の結晶性グラファイ
トの含有量に関係していることか明らかとなる。上述し
たように、結晶性グラファイトは層状の化合物で、例え
ば第５図に示したようにスリーブ２の表面に形成された
ｓｌＯの表層部にその結晶面が露出し、容易にその結晶
片８が剪断、剥離しトナー中に含まれる微粉、結着剤等
の固着を防止していると考えられる。つまり、結晶中に
含まれる微細結晶粉（０，１ｈ朧〜０．５芦−程度）が
容易に辷り、かつ剥離し、これらがトナー微粉（４終−
以下）の下で転がることで常に新しい現像剤担持体表面
が得られる。そのため環境にも変動せず、耐久にも変動
しない静電電荷量が得られ、安定した画像を形成させる
ことが可能となったのである。

次に、スリーブメモリの実験結果について説明する。こ
の実験は、まず第４図（Ａ）に示した幅ａで長さ文の黒
い帯状の領域Ｘを有する原稿を連続して１００枚コピー
し、その後に第４図（Ｒ）に示した幅すで長さ文の黒い
帯状の領域Ｙを有する原稿をコピーしたときのコピー画
像（第４図（Ｃ））中に区域Ａ、Ｂ、Ｃを設定し、各設
定区域内の任意の５点について画像濃度を測定する。そ
の測定結果の平均値を求め、これを各設定区域の評価値
として添付した表３の検討を行った。

ここで、第４図（Ｃ）のコピー画像について簡単に説明
する。上記のように、第４図（Ａ）の原稿を連続して１
００枚現像した後に第４図（Ｂ）の原稿を現像すると、
第４図（Ａ）の原稿の領域Ｘ以外の白地に対応するスリ
ーブ２上のトナーで現像された第４図（Ｂ）の領域Ｙの
部分Ｃは、他の画像領域と比較して画像濃度が薄くなる
。この部分Ｃのような画像が形成される現像をスリーブ
メモリという、なお、第４図（Ｃ）の画像は図中の矢印
３０の方向に形成されるが、第４図（Ｂ）の原稿を現像
するためにスリーブ２が回転すると、スリーブ２上の幅
すに相当するトナーは消費されるので、スリーブ２の数
回転後（図中Ｃ）、具体的には通常２〜３回転後の領域
Ａは画像濃度が均一化する。

表３の結果からも明らかなように、タラファイトの含有
量が多い処決ｌ〜処決３においてよい結果が得られて３
つ、特にグラファイトと導電性アモルファスカーボンを
有している処決２が優れていることがわかる。

また、処決でコートされた膜の抵抗（体積抵抗）イ１を
合せて比較した。表３に示したように。

上記処決２の体積抵抗値か７．２　Ｘ　１０−”　（０
ｃｍ）と低いことかわかる。これは、静電気的に強い力
てスリーブ２に付着された微粉の電荷が、膜の体積抵抗
イ１が小さいためにリークして弱い力となりスリーブ上
の表面から離れ易くなるためと考えられる。

以上の考察から、今回使用した結晶性グラファイトと導
電性アモルファスカーボンを各比率で混合し、被膜の体
積抵抗値とスリーブメモリとの関係を調べた（第３図）
。

図からも明らかなように、結晶性グラファイトに対する
カーボンの含有量の割合か増加する程、体積抵抗値が低
くなることがわかる。また、体積抵抗値が低下するにつ
れ、スリーツメモリが改善されることも明らかとなる。

しかし、後述する塗料の安定性については、結晶性グラ
ファイトに対する導電性アモルファスカーボンの含有量
か約３０％以下であることが好ましいこともわかった。

ここで、塗料安定性とは、スリーブ２の表面に膜を形成
する際、特に工業生産を行う場合に要求されるもので、
結晶性グラファイト（Ｇ）と導電性アモルファスカーボ
ン（Ｃ）を加えた顔料（Ｐ）とバインダである樹脂ＣＢ
）が分離しない程度をいう。

この塗料安定性に関しては選択される樹脂とその溶剤で
も変化はあるが、結晶性クラファイトｒ１体よりも導電
性アモルファスカーボンを含有する方がより安定性がよ
い。特にＰ／Ｂ比（顔料とバインダとの重量比）か４／
１以下であることが好ましい。

次に、表２の実験結果中スリーブ２表面のトナー融着に
ついては、上記濃度変化を調べる際に行ったコピー枚数
に対する濃度変化（第２図）における各１万枚耐久試験
後の結果とほぼ同様の傾向を示すか、結晶性クラファイ
トを含有する外法１〜処法４てはトナー融着か見られな
かった。

以上各項目に対してよい効果を達成するＰ、Ｃ，Ｇ及び
Ｂの重量比を添付した表４に示す。表中において、◎、
０は本発明の効果を十分に発揮てきるもので特に◎はよ
り好ましい領域である。

また、△は各欠点を有するものの実用り問題のない程度
を示し、△×あるいは×は本発明の効果を十分に得られ
ないものである。

参考のため、結晶性のグラファイト粒子を表面の露出さ
れた状態で膜をスリーブ表面に形成させる方法に関して
述べる。一般的な被膜の形成方法としてはディッピング
法、スプレー法、ロールコーティング法、カーテンコー
ト法、スパッタ法等があり、特に本発明のコートを施す
にはデイッピンク法、スプレー法か優れている。具体的
にはディッピング法においては、塗料の固型量を５％〜
３０％に調節し、引き上げ速度を５ｈｍ／分〜４０Ｏ１
／分にすることで膜厚か０．５ル働〜２０ル■に調整さ
れ１表面はグラファイト粒子か表面に露出された状態か
得られる。また、スプレー法においては、エアースプレ
ーを用いた。スプレーする際、ガンの塗料圧力を０．１
ｋｇ／ｃ■２〜５　ｋｇ／ｃｍ２、パターン調整用エア
ー圧力をＯｋｇ／ｃｍ２〜５　ｋｇ／ｃ＋ａ２゜霧化用
エアー圧力を０．５　ｋｇ／ｃｍ２〜４　ｋｇ／ｃ、ｖ
ａ２に調整したところ、膜厚は０．５μ１１〜２０ｇｍ
のものか得られた９得られた被膜はディッピング法と同
様にグラファイト粒子か表面に露出されたものか得られ
た。

これらの被膜の形成については、各種の結晶性グラファ
イトを使用して行った。その結果、本発明の効果をもた
らすのに有効な結晶性グラファイトは、天然、人造を問
わず、平均粒径が０．５μ−〜１０ｐ１のものか好まし
いことがわかった。

以上、説明した各実験から得られた結果を要約すると次
のようになる。

■結晶グラファイトを含む被膜をスリーブ２の表面に施
す。

■被膜は結晶性グラファイトが表面に露出した形状であ
る。

■被膜中に含有させる結晶性グラファイト平均粒径は０
．５用−〜ｌＯｐ喝か好ましい。

４）被膜には導電性アモルファスカーボンを含有させ、
その含有率は結晶性クラファイトに対して重着比か約３
０％以下であることか好ましい。

＜５）Ｐ　／　Ｂ比は４０／１０〜５／ｌＯが好ましい
。

■）コートされる膜の体積抵抗は１０２（０ｃｍ）以下
であることが好ましい。

なお、本実施例に使用した一成分絶縁性現像剤は、結着
樹脂と着色剤及び必要に応じて荷電制御剤、定着助剤、
ケーキング防止剤等の添加剤などから成るか、いずれも
公知の材料か使用できる。

結着樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ボリヒニル
トルエン等のスチレン及びそのｌ検体の単重合体、スチ
レン−プロピレン共重合体あるいはスチレン−アクリル
酸メチル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリエチル
メタクリレート、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、１脂
肪族または芳香族系石油樹脂等が単独あるいは混合して
使用できる。

また、着色剤、荷電制御剤、定着助剤、ケーキング防止
剤等の添加剤としては、カーボンブラック、各種染顔料
、可塑剤、コロイド状シリカ、タルク等がある。

さらに、磁性現像粉として使用する場合は、適宜磁性粉
として強磁性元素及びこれらを含む合金、化合物等の例
えば、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の鉄、
コバルト、ニッケル、マンガン等の合金や化合物、その
他の強磁性合金等従来より磁性材料として知れれている
微粉末を含有せしめることができる。

また、本実施例においては現像剤として一成分絶縁性現
像剤を使用したが、上記現像剤だけでなく１例えば、キ
ャリアを有する二成分系現像剤を使用する現像装置に適
用することもＭｉｔｔである。

（以下余白） 表　　３ ◎：差が０、　Ｏ：差か０．１未満、　Δ：差が０．１
〜０．２、×：差か０．２以上 画像濃度はマクベス濃度計で測定 表４ ［発明の効果］ 以１−述べたように未発【！１では現像装置の現像剤担
持体表面に結晶性グラファイトを含有した膜を形成させ
ることとしたので、以下のごとくの効果か得られた。

俣）繰り返しの複写によっても現像剤層を現像剤担持体
上に均一に担持し、現像特性が変動することのない、耐
久安定性に優れた現像装置を提供できる。

Ｑ）低湿においても、現像剤を現像剤担持体上に均一に
塗布することかでき、しかも、高湿においても濃度低下
せず、均一な厚擦電気特性を保持することかできる現像
装置を提供できる。

■鮮明てカブリのない画像を得ることか可能な現像装置
を提供できる。

〈４）現像剤担持体メモリの発生がない現像装置を提供
できる。

■現像剤か現像剤担持体に融着しない現像装置を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の現像装置の断面図、第２図は各外法に
おけるコピー枚数と画像濃度の関係を示す図、第３図は
結晶性グラファイトに対する導電性アモルファスカーボ
ンの含有率の変化と体積抵抗値の関係を示す図、第４図
（Ａ）〜第４図（Ｃ）は現像剤担持体メモリの測定の概
要を説明する図、第５図は現像剤担持体表面と現像剤の
状態を示す図である。 ｌ・・・・・・・・・・・・静電潜像担持体（感光ドラ
ム）２・・・・・・・・・・・・現像剤担持体（スリー
ブ）３・・・・・・・・・・・・多極永久磁石４・・・
・・・・・・・・・現像剤収納室６・・・・・・・・・
・・・ドクターブレード１０・・・・・・・・・・・・
被膜 特許出願人　　　　　　キャノン株式会社代　理　人　
弁理士　藤　　岡　　　　徹第２図 ヨ、−枚数　　　　　　（枚） 第３図 グラファイト、１００　９０　　８０　　７０　　６０
　　５０カーボン：０　　１０　　２０　　３０　　４
０　　５０゛スリーブメモリ：△　　Ｏ◎　　◎　　　
◎　　　◎塗料安定性：◎　　◎　　◎　　０ｘｘ−９
４０＝

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）現像剤収納室内の現像剤と接触しこれを表面に担
   持して静電潜像担持体との間で形成される現像領域に搬
   送する現像剤担持体とを有する現像装置において、 上記現像剤担持体は、結晶性グラファイトを含有した膜
   が上記現像剤担持体の表面に形成されている、 ことを特徴とする現像装置。
2. （２）膜は、結晶性グラファイトが該膜の表面に露出す
   るように形成されていることとする請求項（１）に記載
   の現像装置。
3. （３）膜に含有された結晶性グラファイトの平均粒径は
   約０．５マイクロメートルから約１０マイクロメートル
   の間であることとする請求項（２）に記載の現像装置。
4. （４）膜には導電性カーボンブラックが含まれており、
   該導電性カーボンブラックの結晶性グラファイトに対す
   る含有量が重量比で約３０パーセント以下であることと
   する請求項（１）ないし請求項（３）のいずれかに記載
   の現像装置。
5. （５）膜に含有される結晶グラファイト及び導電性カー
   ボンブラックと上記膜の主成分である樹脂との重量比は
   、４対１から５対１０の間であることとする請求項（４
   ）に記載の現像装置。
6. （６）膜の体積抵抗値は約１００オームセンチメートル
   以下であることとする請求項（１）ないし請求項（５）
   のいずれかに記載の現像装置。