JPH03261978A

JPH03261978A - 現像方法及び現像装置

Info

Publication number: JPH03261978A
Application number: JP2061948A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshida; 稔吉田; Koji Hirano; 浩二平野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1991-11-21
Also published as: US5095341A

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、電子写真や静電記録装置に適用される現像方
法及び現像装置に関する。

（従来の技術）一般に静電潜像を可視化する現像方法として、現在電子
写真方式が主流となっている。その中でも、トナーと呼
ばれる着色微粒子と、キャリアと呼ばれる磁性粒子を混
合し、このトナーに電荷を与え、静電気的にトナーを付
着させる２成分現像方法が一般的に用いられる。

しかしながら、この２成分方法は、現像器が大きくなっ
てしまうため最近では、小型複写機、小型プリンタにお
いては、キャリアを必要としない一成分現像方法が主流
になりつつある。

このような−成分現像方法のうち、非磁性トナーによる
一成分現像方法は、高価なマグネットローラを必要とし
ないため、現像装置の小型軽量化、低価格化の達成が容
易である。また、弾性ローラを現像ローラとして用いた
一成分現像方法は、現像ローラを静電潜像保持部材（電
子写真でいえば感光体）と接触させても静電潜像保持部
材を破損することがない。このように、現像ローラと静
電潜像保持部材を接触させることにより、現像電極を静
電潜像に近づけることができ、文字やライン画像のシャ
ープネスが向上し、高画質な現像を行うことができる。

しかし、この様な方法においては、現像ローラ中に磁極
を持たないため、非磁性トナーの搬送は現像ローラと非
磁性トナーの間の静電気的な力、物理的な力で達成され
ねばならず、連続で画像をとったりすると（特に黒ベタ
）画像濃度低下、トナー層形成不良、地かぶりの増加な
どの問題を包含している。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ベタ
画像を連続的に現像しても画像濃度を良好に維持できる
現像方法及びこの現像方法を実現できる現像装置を提供
することを目的とするものである。

［発明の構成コ（課題を解決するための手段）本発明は、内部に磁極を有しない現像剤保持部材上に一
成分系の現像剤層を形成し、この現像剤保持部材を潜像
保持部材上に形成されている潜像に接触させて現像を行
う現像方法において、前記現像剤層の単位面積当りの現
像剤量をｍｌ（■／ａＩ）、最大画像濃度による現像時
の前記潜像保持部材上に現像された単位面積当りの現像
剤量をｍｄｅｖ　　（■／Ｃｉ）、現像剤保持部材の潜
像保持部材に対する周速比をｐとしたとき、０．４≦ｍ
ｄｅｖ　／　（ｍ　Ｉ　Ｘ　ｐ）≦０．９を満たす条件
の下に現像を行うものである。

また、本発明の現像装置は、現像に供する潜像が形成さ
れ最大画像濃度による現像時の単位面積当りの現像剤量
がｍｄｅｖ　　（■／ｃｎｆ）となる潜像保持部材に接
触配置した現像剤保持部材と、この現像剤保持部材に対
し単位面積当りの現像剤量がｍｌ（■／ａｉ）となる現
像剤層を形成する現像剤規制手段と、前記現像剤保持部
材を前記潜像保持部材に対し周速比ｐで回転駆動する駆
動手段とを有するものである。

（作　用）本発明の現像方法によれば、ｍｄｅｖ　／　（ｍ　１ｘ
ｐ）の値、即ち、現像効率の値を０．４乃至０．９の範
囲としつつ現像を行うことから、現像効率が適正となり
、連続現像を行っても画像濃度の低下のない高画質現像
が可能となる。

また、本発明の現像装置によれば、現像剤規制手段の現
像剤層形成動作と、駆動手段による回転駆動動作により
上記高画質現像を実現できる。

（実施例）以下に、本発明の詳細な説明する。

まず、現像装置の実施例を第１図乃至第５図を参照して
説明する。

第１図に示す現像装置１は、現像に供すべき潜像が形成
されている潜像保持部材としての感光体ドラム２に近接
して配置されている接触型−成分現像装置である。

この現像装置１は、前記感光体ドラム２に外周が接触す
る状態に配置された現像剤保持部材としての現像ローラ
９をトナー容器１２の下端隅部において回転可能に支持
している。現像ローラ９には、現像剤規制部材としての
ブレード１０と、トナー容器１２内に備えたトナー供給
ローラ１１とが各々接触配置されている。

前記感光体ドラム２．現像ローラ９及びトナー供給ロー
ラ１１の回転方向は各々第１図に示す矢印方向となって
おり、各接触部において各々摩擦接触の状態になってい
る。尚、トナー供給ローラ１１はトナー容器１２内に収
納されている一成分現像剤としての非磁性トナーＴを現
像ローラ９に供給するほか、現像に供されずに現像ロー
ラ９上に残存している非磁性トナーＴの一部を掻き落す
機能も具備している。

前記現像ローラ９は、第１図、第２図に示すように、金
属製のシャフト９ａの周囲にゴム製の抵抗性弾性体層９
ｂを円筒状に被覆し、更にこの抵抗性弾性体層９ｂの外
周に表面導電層９Ｃを被覆した２層の構成となっている
。

前記抵抗性弾性体層９ｂのゴム硬度は１５乃至４０度、
表面導電層９Ｃを含めたゴム硬度は２０乃至５０度の範
囲が望ましい。

また、表面導電層９ｃの表面粗さは、表面の平滑性を確
保するために、７μｍｌ□以下が望ましい。

前記ブレード１０は、弾性を有する薄板製、例えばステ
ンレス板製、リン青銅板製で支軸１７ａにより回動可能
に支持された第１のブレードホルダ１７に取付けられ、
押圧ばね２０の弾力により現像ローラ９の外周に押圧接
触するようになっている。

即ち、ブレード１０は、第１のブレードホルダ１７、ス
ペーサ１８．第２のブレードホルダ１９により保持され
ると共に、第３図に示すように一方の端縁に沿って取付
けた半球状で、シリコンゴム又はウレタンゴム等からな
る当接部１０ａを前記現像ローラ９に押圧接触した構成
となっている。

尚、第３図中、１０ｂ、１０ｃは端部ホルダである。

前記押圧ばね２０のばね定数は、ブレード１０のばね定
数より小さいため、ブレード１０の当接部１０ａが磨耗
してもほとんど押圧力の変化がなく、長期間安定した層
形成能力を維持することができる。本実施例では、ブレ
ード１０の現像ローラ９に対する押圧力は約８０（ｇ／
ａｍ）に設定している。

尚、第１図中、１４はトナー容器１２内に設けた撹拌機
、１５は現像ローラ９に摺接させたりカバリ−ブレード
（マイラーフィルム製）である。

ここで、前記感光体ドラム２、現像ローラ９の帯電状態
について説明する。

本実施例では、表面電位が（−）５５０　（Ｖ）の負帯
電の感光体ドラム２を用いる反転現像を行うものであり
、非磁性トナーＴは負帯電となっている。

また、現像バイアス電源Ｅは、（−）２２０（Ｖ）の電
圧を１００にΩ乃至５０ＭΩの保護抵抗ｒ１を介して現
像ローラ９の金属シャフト９ａに給電するようになって
いる。

次に、現像ローラ９表面と現像バイアス電源Ｅ間の抵抗
について述べる。現像バイアス電源Ｅと現像ローラ９表
面間の抵抗値Ｒは、第４図に示す通り、保護抵抗ｒ工と
、前記抵抗性弾性体層９ｂの抵抗ｒ２と、表面導電層９
Ｃの抵抗ｒ３との直列抵抗値である。

即ち、Ｒ＝ｒ□＋ｒ２＋ｒ３である。

抵抗Ｒを変化させたときの、現像ローラ９の表面電位と
、抵抗値Ｒと、感光体ドラム２の表面電位との関係を第
５図に示す。

同図は、感光体ドラム２の表面電位が（−）５３０（Ｖ
）（白地に対応）、−７０（Ｖ）（黒地に対応）のとき
、現像ローラ９の表面電位が抵抗値Ｒによりどの様に変
化するかを示すものである。抵抗値が１０７Ω以上であ
ると、全面白地印字を行ったときと、全ベタ印字を行っ
た時では、現像ローラ９の表面電位が異なっている。現
像ローラ９の表面電位は、抵抗値Ｒが大きいと、潜像電
位に近づく傾向がある。このため、白地の中に文字が在
るような印字を行うと、回りの白地潜像の影響により実
効バイアス電位が上がるため、文字の太りが発生する。

この様な傾向は、１０８Ω以上で顕著であり、抵抗値Ｒ
は１０８Ω以下更に好ましくは１０７Ω以下が適当であ
る。本実施例においては、ｒ２＋ｒ３　＝１００にΩ、ｒ３＝５ＭΩ。

よって、Ｒ＝５．ｌＸｌ０６Ω となっている。

以上のことから、本実施例の現像ローラ９として、抵抗
性弾性体層９ｂにゴム硬度２５度、伸び４２５％程度、
抵抗値５×１０３Ω・口程度のシリコンゴムを使用した
。

また、表面導電層９ｃは、導電性ポリウレタン塗料（日
本ミラクトラン株式会社製スパレックス）抵抗値５×１
０３Ω・工、伸び３５３％程度のものを使用し、約７０
μｍの表面層とした。その結果、形成された現像ローラ
９のゴム硬度は約３０度、シャフト９ａと表面の間の抵
抗値は約１００にΩ、表面粗さ３μｍ程度となった。

前記感光体ドラム２は例えば周速７０ｗｎ／ｓｅｃ　。

現像ローラ９は周速１８０ｍｍ／ｓｅｅで、即ち、周速
比ｐ＝１８／７で、図示しない回転駆動手段により第１
図に示す矢印方向に各々駆動されるようになっている。

また、現像ローラ９は感光体ドラム２に対し、接触幅（
現像ニップ）約０．　５乃至４ｍｍで接触している。

次に上記構成の現像装置１の作用を概説する。

トナー容器１２内の非磁性トナーＴは、撹拌機１４によ
り、攪拌されつつトナー供給ローラ１１に送られ、この
トナー供給ローラ１１より現像ローラ９に供給される。

供給された非磁性トナーＴは、現像ローラ９と摩擦帯電
し、静電気的な力及び物理的な力により、ブレード１０
へと搬送されていく。

現像ローラ９上の非磁性トナーＴは、ブレード１０によ
り通過量を規制されつつ、摩擦帯電により帯電を付与さ
れる。ブレード１０を通過した後の非磁性トナーＴは、
十分に帯電されており、かつ均一に層形成されている。

そして、感光体ドラム２上の潜像の現像に供される。現
像残りトナーは、リカバリーブレード１５を通り抜はト
ナー容器１２内に戻る。

次に上述した現像装置１による現像方法について更に詳
述する。

まず、東芝製レーザビームプリンタＴＮ−７３００に本
実施例の現像装置１を組み込み、テストを行った。プロ
セス速度は、７２ｍｍ／ｓｅｃ。

感光体ドラム２（直径６０口）は負帯電型ＯＰＣドラム
、現像ローラ９の回転周速は１４４−／ｓｅｃで、感光
体ドラム２に対する周速比は、２倍である。

非磁性トナーＴは、スチレンアクリル樹脂にカーボン、
ワックス、帯電制御剤などを分散させた負極性トナーを
使用した。尚、非磁性トナーＴのカーボン含有量が多い
と、現像ローラ９へのトナーフィルミングが発生しやす
い傾向があり、本非磁性トナーＴにおいては、カーボン
含有率は２．５％と一般的なトナーより少なくなってい
る。

一般に、現像ローラ９内に磁極を持たず、磁気を利用せ
ず非磁性トナーＴを搬送する現像方法においては、ベタ
印字を行うと非磁性トナーＴの搬送が不十分となりベタ
後半の濃度が下がってしまう。

そこで、ベタ印字を行った際の搬送性は以下のように定
義した。

ベタ搬送性Ｒｂ＝Ｄｅ／ＤｓＸ１００　　　・−・（１
）ここに、Ｄｓはベタ印字先端の濃度、Ｄｅはベタ印字
後端の濃度である。

非磁性トナーＴの搬送性は、その流動性と強い相関があ
ると思われるので、シリカの含有量を変化させ、非磁性
トナーの搬送性の測定を行った。

測定方法を以下に説明する。

まず、測定装置の概要を、第６図、第７図に示した。吸
引アタッチメント３０（開口３０ａの面積２０ｄ）を、
トナー層の形成された現像ローラ９に対向して配置し、
吸引機３１によりトナー層を吸引する。吸引前後の現像
装置１の重量変化Ｗｄ　１．現像ローラ９から非磁性ト
ナーＴが引き剥がされることにより測定される逃げ電荷
Ｑｔｌ（微小電流計３２により計測）より、定常状態で
の単位面積あたりの非磁性トナー層の量（ｍｌ）。

帯電量（Ｑｌ）が以下のように計算される。

ｍ１＝Ｗｄｌ／２０　（ｇ／ｃＪｉ）　　　　　　・＝
（２）Ｑ１＝Ｑｔｌ／Ｗｄ　（μｃ／ｇ）　　　　　・
・・（３）次に、帯電の立ち上がりや、搬送性を評価す
るために、全面吸引を連続的に行った時の帯電量及び単
位面積あたりのトナー量を測定した。測定は、第７図の
装置で現像ローラ９を回転させながら、連続的にローラ
２０周分吸引を行った。この時の吸引トナー量Ｗｄ２．
逃げ電荷量Ｑｔ２により、下記（４）、　（５）式によ
り連続吸引時の単位面積あたりのトナー量ｍ２．トナー
帯電量Ｑ２が計算される。

ｍ２＝Ｗｄ２／（ＳＸ２０）（ｇ／ａｌ）　　＝（４）
Ｑ２＝Ｑｔ２／Ｗｄ　（ｃ／ｇ）　　　　　　・・・（
５）また、帯電の立ち上がりＲｑ、　　トナー搬送率Ｒ
ｍを以下のように定義した。

Ｒｍ＝ｍ２／ｍｌ　Ｘ　１００　（％）　　　　　　−
（６）ＲＱ＝Ｑ２／ＱＩＸ１００　　（％）　　　　　
　・・・（７）次に、シリカの含有量によるトナー流動
度の変化、シリカの含有量と現像ローラ９上に形成され
たトナー層の単位面積あたりの重量ｍｌ　（■／ｃｎｆ
）、トナー搬送率Ｒｍ　（％）の関係を第８図に示した
。

シリカの含有量が増えると、トナーの流動性が良くなり
（流動度が小さくなり）、トナー層量が増加する。トナ
ー流動性が良くなるに従いトナー搬送性も良くなるが、
トナー層量が０．６（■／ｃｄ）を越えると、トナー帯
電も不十分になり、また搬送能力も限界になることから
（ｍ２の値は、流動性が良くなっても、約０．　３５　
　（■／Ｃｉ）で飽和してしまう）流動性が増加するに
従い、トナー搬送率は減少した。今回の条件においては
、シリカ含有率０．８％において、搬送性が最も良好で
あった。

しかし、非磁性トナーＴの材質や現像装置１の構造、外
添剤の種類（酸化チタン、アルミナ等）等により、この
適性値は変化する。このように、シリカの含有量の最適
化を行っても、トナー搬送率は６０％程度である。この
結果は、現像ローラ９上のトナー層を１００％現像して
は、ベタ画像における搬送不良が発生してしまうことを
示す。

上述した流動度の測定刃、法を以下に示す。

測定方法としては、パウダーテスタ（ホソカワミクロン
製）を用いる。

■非磁性トナーをポリビンに入れ、２０回手で振る。

■パウダーテスタのふるいを、下から２００゜１００．
６０メツシユの順に重ねる。

■非磁性トナー２０ｇを秤量し、６０メ□ツシユのふる
いの中に静かに入れる。

■モードを振動モードにセットし、３０秒間振動させる
。

■６０メツシュ、１００メツシユのふるいの上に残存し
たトナー量の合計を流動度の値とする（値が小さい方が
流動性が良い）。

そこで、トナー流動性が最も良好であった、シリカ含有
量０．８％のトナーを使用して、実機にてベタの印字テ
ストを行った。感光体表面電位は（−）５３０　（Ｖ）
　、露光部出電位は（−）７０Ｖに固定し、現像バイア
ス電位を（−）１５０乃至（−）４００　（Ｖ）まで変
化させた。このときの現像バイアス、ベタ画像濃度、ベ
タ搬送性、現像トナー量、現像効率の関係を第９図に示
す。現像トナー量は実際にベタ印字を行っている最中に
装置を止め、ベタ先端部分に現像されたトナー量ｍ　ｄ
ｅｖを第６図の装置で吸引し測定した。また、現像効率
Ｒｄｅｖは、以下の式で定義する。

Ｒｄｅｖ　＝ｍｄｅｖ　／　（ｍ　Ｉ　Ｘ　ｐ　）　　
　　　　＝（８）ｐ：現像ローラの感光体に対する周速
比現像バイアスを低くしていくと（絶対値を大きくして
いくと）、現像効率Ｒｄｅｖが高くなり、徐々にベタ先
端画像濃度Ｄｓは高くなっていく。現像バイアス（−）
　２５０　（Ｖ）以下では画像濃度が１．２以上となり
、（−）　３５０　（Ｖ）以下では濃度１．４５程度で
飽和する。一方、ベタ後端の画像濃度Ｄｅは、現像バイ
アス（−）３００（Ｖ）以下では逆に低下していく傾向
にある。このように、バイアス値が低くなるにつれベタ
搬送性が低下する。尚、ベタ搬送性が９０％以下になる
と、人間の目にも濃度変化が顕著になる。そのため、ベ
タ搬送性は９０％以上でなくてはならない。このことか
ら、現像効率Ｒｄｅｖは８５乃至９０％以下で、かつ、
ベタ濃度は１．２以上でなくてはならない。よって、本
実施例での現像バイアスの適正範囲は（−）２５０乃至
（−）３２０（Ｖ）程度であった。現像効率Ｒｄｅｖは
８５乃至９０％以下でベタ搬送性か良好であるか、でき
れば８０％以下であることが望ましい。現像効率Ｒｄｅ
ｖが低い程ベタ搬送性は良好となるか、現像効率Ｒｄｅ
ｖを低くしていくと、トナー厚か完全には均一ではない
ため、濃度むらが目立つようになる。また、連続印字を
行う場合、現像残りトナーが多いと（つまり現像効率Ｒ
ｄｅｖが低いと）、非磁性トナーＴのチャージアップ、
現像ローラ９への固着が発生しやすくなる。このような
現象は、現像効率Ｒｄｅｖが４０％以下で発生する。

以上に述べた理由より、現像効率Ｒｄｅｖの適正範囲は
、４０％乃至９０％、望ましくは４０％乃至８０％であ
る。

本実施例では、現像バイアスを適正化することにより現
像効率Ｒｄｅｖの調整を行ったが、その他、現像ローラ
９の感光体ドラム２に対する周速比ｐ。

現像圧力、トナーの帯電量、ブレード１０の押圧力、保
護抵抗ｒ１の抵抗値、現像ローラ抵抗値等により調整を
行っても、同様な効果がある。

例として、ブレード押圧力により、現像効率Ｒｄｅｖの
調整を行った結果を第１０図に示す。非磁性トナーＴは
シリカ含有量０．　８％のものを使用し、現像バイアス
（−）２８０　（Ｖ）にてベタ印字を行った。その結果
は、第１０図に示すように、濃度１，２以上、ベタ搬送
性９０％以上を満たす条件はブレード押圧力（線圧）　
８０　（ｇ／ｃｍ）以上であり、やはり現像効率Ｒｄｅ
ｖは９０％以下で搬送性が良好になるという結果を得た
。尚、ブレード圧力１００　（ｇ／ｃｍ）以上について
は、第１０図に表記していないが、２００（ｇ／ｃｍ）
以上になると、画像濃度は１．２を下回ってしまりた。

よって、良好なブレード押圧力の範囲は８０乃至２００
　（ｇ／ａｎ）程度である。

本発明は、上述した実施例のほか種々の変形が可能であ
る。

例えば、非接触現像や、現像ローラが弾性を有さない接
触現像など、現像ローラ内に磁石を有さない現像方法に
おいて本発明を一般的に適用することができる。また、
トナーに磁性粉を含んだものに関しても磁石を利用して
トナー搬送を行うものでない限り、本発明を適用するこ
とができる。

更に、現像モード（正規２反転）、現像ローラの材質、
構造、ブレードの材質構造、トナーの種類等は既知のも
のを利用したものでも良い。

［発明の効果コ以上詳述した本発明によれば、以下の効果を奏する。

本発明の現像方法によれば、現像効率が適正な状態とな
り、良好な画像濃度をもった画像の現像を連続的に行う
ことができる。

また、本発明によれば、上記現像方法を確実に実行でき
る現像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置の断面図、第２図は同装置
の現像ローラの切欠斜視図、第３図は同装置のブレード
の斜視図、第４図は同装置における現像バイアス電源と
現像ローラ表面との間の抵抗値を示す回路図、第５図は
、抵抗値と現像ローラ電位との関係を示すグラフ、第６
図は非磁性トナーの吸引装置の概略図、第７図は同上の
吸引アタッチメントの拡大斜視図、第８図はシリカ含有
率、トナー流動度、トナー層量の関係を示すグラフ、第
９図は現像バイアス、現像効率、ベタ画像濃度、ベタ搬
送性、ベタ先端現像量の関係を示すグラフ、第１０図は
ブレード押圧力、濃度、ベタ搬送性、現像効率の関係を
示すグラフである。１・・・現像装置、　　　２・・・感光体ドラム、９・
・・現像ローラ、　　　１０・・・ブレード。１７−２４−ズ ■ ＼０第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部に磁極を有しない現像剤保持部材上に一成分
系の現像剤層を形成し、この現像剤保持部材を潜像保持
部材上に形成されている潜像に接触させて現像を行う現
像方法において、前記現像剤層の単位面積当りの現像剤量をｍ１（ｍｇ／
ｃｍ＾２）、最大画像濃度による現像時の前記潜像保持
部材上に現像された単位面積当りの現像剤量をｍ＿ｄ＿
ｅ＿ｖ（ｍｇ／ｃｍ＾２）、現像剤保持部材の潜像保持
部材に対する周速比をｐとしたとき、０．４≦ｍ＿ｄ＿
ｅ＿ｖ／（ｍ１×ｐ）≦０．９を満たす条件の下に現像
を行うことを特徴とする現像方法。
（２）現像に供する潜像が形成され最大画像濃度による
現像時の単位面積当りの現像剤量がｍ＿ｄ＿ｅ＿ｖ（ｍ
ｇ／ｃｍ＾２）となる潜像保持部材に接触配置した現像
剤保持部材と、この現像剤保持部材に対し単位面積当り
の現像剤量がｍ１（ｍｇ／ｃｍ＾２）となる現像剤層を
形成する現像剤規制手段と、前記現像剤保持部材を前記潜像保持部材に対し周速比ｐ
で回転駆動する駆動手段とを有することを特徴とする現
像装置。