JPH04208960A - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は電子写真装置や静電記録装置において静電潜像
を可視化する現像装置に係り、特に−成分系現像剤によ
って高品位の画像を形成することができる現像装置に関
する。

（従来の技術） 一成分系現像剤を用いる現像方法の一つとして、加圧現
像法（ＩｒＩＩｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅ
ｎｔ）が知られている。この方法は静電潜像と現像剤粒
子もしくは現像剤担持体とを実質的に零の相対周辺速度
で接触させることを特徴としており、磁性材料が不用で
あるため装置の簡素化および小型化か可能であるととも
に、現像剤のカラー化が容易である等多くの利点を有し
ている。

上記加圧現像法においては現像剤担持体を静電潜像に抑
圧もしくは接触させて現像を行なうため弾性および導電
性を有する現像ローラを用いることが必要となる。特に
静電潜像保持体が剛体である場合はこれを傷つけるのを
避けるため現像ローラを弾性体で構成することが必須条
件となる。また周知のとおり、現像ローラにおいて現像
電極効果やバイアス効果を得るためには、現像ローラ表
面もしくは表面近傍に導電層を設は必要に応じてバイア
ス電圧を印加することが望ましい。さらに、現像剤への
電荷の付与は、現像ローラと現像剤層形成ブレードとの
摩擦帯電によりなされるため前記現像ローラに前記現像
剤層形成ブレードを圧接させて一定なニップ幅を確保す
ることが必要である。

現像剤に十分な電荷の付与を行なうためには電荷の極性
に合わせた摩擦帯電系列の材質を用いることか望ましい
。

しかしなから現像ローラ表面に導電層を設けた場合、現
像ローラ自体が弾性を有するためトナーに充分な電荷量
を付与するためには前記ブレードを現像ローラに充分押
圧し、ブレードと導電層の接触幅を充分に広くしなけれ
ばならず、このため現像ローラを回すモータに掛かるト
ルクは大きくなってしまう。またブレードの現像ローラ
に対する押圧力が大きくなるため、前記導電層にキズ等
の破損が起こりやすくなり、たとえ弾性体を導電性にし
てバイアスの導通が保持されたとしても、濃度ムラやカ
ブリキズの跡等が画像上に現われ長期間にわたって良好
な画像を得ることができない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、このような従来技術の問題を解決すべくなさ
れたもので、現像剤に十分な帯電かなされ、画像濃度ム
ラや非画像部のカブリ等の不良画像のない高品位の画像
が得られ、かつ長期間の使用においても画像の悪化が生
じない一成分系現像装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の現像装置は、像担持体に対向配置され、導電層
を有する現像ローラと、該現像ローラ上にトナーによる
現像剤薄層を形成する現像剤薄層形成手段とを具備し、
前記現像ローラ上に形成された現像剤薄層を像担持体に
近接または接触させることにより潜像を可視化する現像
装置であって、前記導電層の層厚をし、前記トナーの粒
子径を「とするとき、ｒ＜Ｌの関係を満足することを特
徴とする現像装置。

（作用） 本発明の現像装置によれば、導電層のスジ、キズおよび
剥離の発生を防ぐことができる。また、導電層の層厚を
現像剤粒子径より大きくすることによりブレードの押圧
力を必要以上に大きくすることなくトナーと前記導電層
の接触幅を増やすことができる。二のような現像ローラ
を用いることにより、現像剤に充分な電荷を付与するこ
とが可能であり、画像濃度ムラおよび非画像部のカブリ
等の不良画像のない高品位の画像を得ることが可能とな
り、かつ長期間にわたって高品位の画像を得ることが可
能となる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明す
る。

第１図は、接触型−成分非磁性現像装置１０３の断面図
である。本実施例における現像装置は導電性と弾性体と
を有する現像ローラ１０９の表面に非磁性現像剤の薄層
を形成し、これを感光体１０２の表面に接触させること
により現像を行なうものである。この装置は、キャリア
、Ｍｇローラ、現像剤濃度コントロール等が不要であり
、小型化、低価格化が可能なものである。以下に現像プ
ロセスについて説明を行なう。

第１図に示すように、現像剤容器１１２内の非磁性現像
剤１１３は、ミキサー１１４に撹拌されつつ現像剤供給
ローラ１１１に送られ、前記現像剤供給ローラ１１１に
より現像ローラ１０９に供給される。この現像剤１１３
の一部は前記現像ローラ１０９の機械的搬送力と、該現
像ローラ表面やその他の部材との摩擦による帯電による
静電力によって、現像ローラ１０９の回転に伴って付着
搬送される。その後ブレードホルダＡ１１７、スペーサ
１１８およびブレードホルダＢ１１９により保持され現
像ローラ１０９に当接されたブレード１１０により現像
剤搬送量が規制されると同時に両者との摩擦により現像
剤の摩擦帯電が行われる。この装置は負帯電の有機感光
体ドラム１０２を使用し、反転現像を行なうものである
。したがって、現像剤には負帯電現像剤を用い、ブレー
ド１１０も負帯電を付与しやすい材質を使用している。

第２図は現像ローラ１０９の斜視断面図である。

現像ローラ１０９は、第２図に示すように、金属シャフ
ト１０９ａと、金属シャフト１０９ａ上に形成された弾
性体層１０９ｂと、この弾性体層上に設けられた導電層
１０９Ｃから構成される。感光体表面電位−５００ｖに
対して現像バイアス電位は、−２００Ｖを保護抵抗を介
してこの現像ローラ１０９の金属シャフト（１０９ａ）
に給電され、第１図に示すように、現像ローラ１０９は
感光体ドラム１０２と約１．２〜４倍程度の速度で矢印
方向（ｗｉｔｈ）に感光体１０２と約１〜４關程度の接
触幅（現像ニップ）を有して接触回転している。現像剤
粒子は現像位置でも帯電されるため、かぶりが少なく極
めてシャープな画像が得られる。

現像残り現像剤はりカバリ−ブレード（マイラーフィル
ム）１１５を擦り抜は現像器内へ戻る。また、何らかの
原因で現像ローラ１０９から現像剤が落ちるとマシン内
または転写紙を汚すことになるため、現像剤と反応して
現像剤を溶着させるような可塑剤等の部材１１６を下部
に取り付けることにより上記問題点を克服しかつ前記現
像装置１０３が上下反対に置かれることがあっても現像
剤か落下しないという利点を有している。なお第１図に
おいて１２１はブレードホルダＡに取り付けられたバッ
クル板でありブレード１１０裏面に取り付けられたモル
トブレン等でできた発泡材１２３と当接されることによ
り現像剤のシールおよびブレード１１０の振動を押える
ことかでき、良好な現像剤層を現像ローラ１０９上に形
成することができる。

またブレード１１０はブレードホルダ１１７の回転軸１
１７ａおよび加圧用の複数の圧縮スプリング１２０によ
り現像ローラ１０９に押圧される。

圧縮スプリング１２０はブレード１１０の薄板バネ材の
バネ定数よりも低いため、ブレード１１０の当接部が摩
耗してもほとんど加圧力が変化しないことから、良好な
現像剤層を維持できるようになっている。

次に、本発明に係る現像装置１０３の主要構成部品であ
るトナー薄層形成ブレードおよび現像ローラについて説
明する。

第３図（ａ）は、本発明に用いられる現像剤薄層形成ブ
レードの一実施例を示す斜視図、第３図（ｂ）は本発明
に用いられる現像ローラと現像剤薄膜形成ブレードとの
接触の様子を示す概略図である。第３図（ｂ）に示すよ
うに、現像剤薄層形成ブレード１１０は、例えばステン
レスやベリリウム銅またはリン青銅板等からなる薄板バ
ネ１１０ａと、この先端部に形成され、例えばシリコン
ゴムやウレタンゴム等のＪＩＳ−Ａ硬度で３０〜８５度
のゴム弾性体または樹脂からなるチップ１１０ｂとから
構成されている。

第３図（ａ）に示すように、このチップ１１０ｂは上記
の両生面を有する薄板バネ１１０ａの一方の面上の長平
方向に沿う一端に接着されている。ウレタンフオームが
ら成るシール材１１０ｃはこのチップ１１０ｂの両端を
封止するように薄板バネ１１０ａの一方の面から他方の
面にわたって取り付けられる。なお、チップ１１０ｂの
取り付けには接着、勘合または挾持等の方法を用いるこ
とができ、精度良く取り付けられればどの様な方法を使
用しても良い。薄板ハネ１１０ａとして好ましくは厚さ
を０．１５ｍｍのステンレス板を使用することかできる
。薄板バネ１１０ａの厚さは、形状によって０．１〜２
１程度のものを用いることか可能である。チップ１１０
ｂは、ＪＩＳ−Ａ規格８０°のシリコンゴムを用いて形
成され、現像ローラとの接触部分（つまりチップ１１０
ｂの先端部）が同一直線上に中心を有する少なくとも２
つ以上の曲面から構成されている。第２ｂ図は本実施例
におけるチップ１１０ｂの先端部の拡大図であるがこの
図から分かるように半径１１Ｉ１１１ノＲ１と半径２ｏ
ＩｉＩＩＩノＲ２から構成されている。半径Ｒ１と半径
Ｒ２は以下の式Ｒ２（０１１１１）≧Ｒ１（＋ｎｍ）ｘ
　５を満たすことでチップの摩耗による影響を無視する
ことができる。なお、シール材１１０ｃとしてチップ１
１０ｂより厚いものを用いることによりチップ１１０ｂ
が現像ローラに圧接されるとき現像剤の両端方向への移
動を確実にシールすることができる。このようにシール
材１１０Ｃが現像剤薄層形成ブレード１１０の先端部を
包むように配置されているため現像剤の搬送によるハガ
レを防止することができ長寿命で安定したシールが実現
できる。

また、本発明の現像剤薄層形成ブレード１１０は薄板バ
ネ１１０ａ上にチップ１１０ｂかマウントされているた
め薄板バネ１１０ｂの弾性により容易にしかも確実にし
かも確実にムラのない現像剤層を形成することが可能で
ある。但し現像ローラと前記チップ１１０ｂとの接線方
向の精度は圧力ムラとなり現像剤層や画像に影響を与え
るため重要となる。

第４図は、本発明に用いられる現像剤形成ブレードにお
けるチップの配置を示す図である。本発明の現像剤薄層
形成ブレード１１０においては第４図に示すようにチッ
プ１１０ｂｌは薄板バネ１１０ａの先端部からｄｌだけ
間隔をおいた位置からマウントされる。この間隔は成形
や接着によってマウントされるときの押え、および位置
決めとして使用される。この押さえ及び位置決めを十分
に行なうことにより、薄板バネの短手方向のマウント構
造、しいては前述の現像ローラとの接線方向の精度を向
上させることができる。なおｄｌはあまり大きいと現像
剤の流れによる圧力により層形成状態不良を引き起こす
ため、０．５ｍ＋ｓ〜５　ｍｍ　％望ましくは０．５ｍ
ｍ〜２　ｍｍ程度が良い。本実施例ではｄｌを０．５龍
としている。また上記チップ１１０ｂの長手方向の長さ
Ｌｐは薄板バネ１１０ａの長手方向の長さＬｃに対して
ｄ２＋ｄ３分だけ短い。すなわちＬｃ−Ｌｐ　十ｄ２十
ｄ３となりｄｌおよび６３部には前述のウレタンフオー
ムからなるシール部材１１０Ｃが貼りつけられる。ｄｌ
及びｄ３は、シール幅を考えると各々３龍以上であるこ
とが好ましいことから、ｄ２＋ｄ３は６〜３０Ｉｌ１１
１程度、望ましくは６〜２０　ｍ＋ｗ程度が良い。また
このときのチップ１１０ｂの長さＬｐは有効現像幅より
も大きくそして薄板バネ１１０ｃの長さＬｃは現像ロー
ラのサイドシールにかかる程度長く設定されている。

本発明の現像装置において、現像ローラ１０９には“導
電性と弾性を有する”ということが要求される。これを
満足する一番簡単な構成は、金属シャフトと導電性ゴム
ローラという組合せであるが、感光体ドラムと十分な接
触幅を得るためにはゴム硬度はＪＩＳ規格５０°以下が
望ましく、また現像剤を現像ローラ表面に圧接されつつ
搬送されるために表面の平滑性が必要となる。そのため
第２図に示されるように本発明に用いられる現像ローラ
において、金属シャフト１０９ａの周囲を弾性体層１０
９ｂと表面導電層１０９ｃの二層構成とした。

このような現像ローラの弾性体層１０９ｂを選択する場
合、導電性のものとそうでないものの２通りが考えられ
るが、前記導電層１０９ｃにハクリやキズが生じる場合
を考慮すると、弾性体層１０９ｂも導電性である方か望
ましい。また前記弾性体層１０９ｂは、前記ブレード１
１０や感光体１０２と圧接されているため梱包時や長時
間放置されることによるＪＩＳ規格に６３０１に示され
る永久歪（％）も問題となり、１０％を越えると画像に
現像ローラ周期のムラが生じてしまうため、前記弾性体
層１０９ｂの圧縮歪（％）は１０％以下、好ましくは５
％以下が良い。上記ゴム硬度と永久歪（％）との間には
、一般にゴム硬度が大きいほど永久歪は小さくなるとい
う関係があるので、材料と相互のバランスが重要となる
。以上、弾性体層１０９ｂに要求される特性を備えるも
のとして、本実施例では導電性ウレタンゴムを選択した
が、他にも導電性ＥＰＤＭゴムや導電性シリコンゴムな
どを用いることも可能である。

本発明に用いられる導電性シリコンゴムがら成る弾性体
層１０９　ｂ　ハ、ＪＩＳ規格に６３０１１７）Ａ型硬
度針で３０°の硬度を有し、外径は１８ｍｍであった。

また導電性シリコンゴムの電気抵抗値は、上記の弾性ロ
ーラを直径６０ｍｍのステンレス製ローラと接触幅が２
１１Ｉ＋１になるように平行配置し、両ローラの金属シ
ャフト間に１００Ｖの電位差を設けた時に観測される電
流を測定することにより算出した結果３−４ｘ１０３Ω
・（１）であった。また永久歪はＪ　ｌ５Ｋ６３０１に
示される測定方法を用いて測定した結果２．５％であっ
た。

また、現像ローラの導電層１０９Ｃは直接現像剤や感光
体に接触するため、可塑剤、加硫剤、プロセスオイル等
のしみだしにより現像剤や感光体を汚染されないものが
選択される。また導電層１０９ｃの表面の平滑度は、３
μｍ　Ｒｚ以下か望ましくそれ以上になると表面の凹凸
の模様が画像に現れる傾向がある。平滑度３μｔａ　Ｒ
ｚを実現するために弾性体層１０９ｂに十分膜厚の大き
い導電層１０９ｃを付けた後、後加工（研磨）により所
定の外径、表面粗さに仕上げる方法が考えられるが、こ
の方法ではコストか高くなるため、後加工なしで導電層
１０９Ｃを形成する方が良い。前記弾性体層１０９ｂの
表面粗さと、導電層１０９Ｃの膜厚及び導電層１０９Ｃ
の形成に用いられる塗料の粘度を最適に選択しなければ
ならない。第５図ａないし第５図Ｃは弾性体層１０９ｂ
上に導電層１０９ｃを形成するための代表的な方法を示
す図である。各々第５図ａはスプレーによる塗布方法、
第５図すはディッピングによる方法、第５図Ｃはナイフ
ェツジによる方法である。各々の方法における塗料の粘
度はスプレー法くディッピング法≦ナイフェツジ法とな
り、塗料の膜厚をＴ（μｍ）、弾性体層１０９ｂの表面
粗さをＳ（μｍ　Ｒｚ）とするとき、スプレー法におい
てはＴ≧ｌ０ＸＳ、ディッピング法およびナイフェツジ
法においてはＴ≧５ＸＳを満足すれば導電層表面の平滑
度を３μｔｎ　Ｒｚにすることが可能となる。

導電層１０９ｃとしては、ポリウレタン樹脂中に導電性
カーボン微粒子を分散することにより１０　・Ω（至）
の導電性を付与したものが用いられ、導電性シリコンゴ
ムから成る弾性層１０９ｂ表面に導電性ポリウレタン塗
料を塗布し、乾燥後、熱処理を行ない、導電層１０９ｃ
を形成した。この導電性ポリウレタン塗料は熱可塑性ポ
リウレタンをベースにした溶液タイプのものである。

まず、導電性ポリウレタン塗料の原液に、希釈溶剤を添
加して適当な粘性を有する塗料を用意する。次に、この
希釈された塗料を十分に撹拌したのち、溶剤で洗浄した
弾性体層１０６ｂの表面にディッピング法を用いて塗布
を行なった。弾性体層１０９ｂの引き上げ速度は３．５
ｍｍ／秒とした。

塗布後、約３０分間空気中にて乾燥し、その後１００℃
で２０分間熱処理を施した。この結果、層厚３０〜３５
μｍの導電層１０９ｃが得られた。

導電層１０９ｃの層厚はディッピング法の引き上げ速度
、および塗料の粘度を変化させることにより５μｍ１〜
３００μｍの範囲まで調整可能である。

以上の工程により金属シャツ）１０９ａと導電層１０９
ｃ間の抵抗値が５Ｘ１０”Ω・印、ゴム硬度がＪＩＳ規
格に６３０１のＡ型硬度針で３５°、表面粗さが３μｍ
　Ｒｚである現像ローラ１０９を得た。

なおここで用いた非磁性トナー１１３はエポキシ系樹脂
にカーボン、帯電制御剤、ワックスを混線、分散し粉砕
分級したものである。このトナーの体積平均粒径は、コ
ールタエレクトロニクス社製ＴＡ−ｎ型コールタカウン
タにより測定した体積５０％粒径の値で、１１．５μ薩
である。

次に、表面が負に帯電された有機感光体にレーザビーム
を照射することによって潜像を形成し、これを反転現像
法によって可視像化する、いわゆるレーサプリンタに、
上記接触型−成分非磁性現像装置１０３を適用した場合
について例示する。

画像部電位、すなわち露光部電位を−８０Ｖ１非画像部
電位すなわち未露光部電位を一５００Ｖ。

現像バイアスを−２００Ｖ、感光体ドラム１０２と現像
ローラ１０９の接触幅を１．５ｍｍ５感光体と現像ロー
ラの周速比を１：２．５の条件に設定して反転現像を実
行したところ、画像濃度１．４でかぶりかまったく無く
極めてシャープなライン画像とムラのないソリッド画像
を有する印字サンプルを得た。また、この画像形成装置
において１万枚のライフテストの結果、ライフテスト終
了後においても初期画像と同等の極めて良好な画像を得
ることができた。

第６図は、初期から１万枚までの画像濃度および現像剤
の帯電量の関係を示すグラフ図である。

画像濃度はベタ画像のものを測定し、また現像剤の帯電
量として、第７図（ｂ）に示す帯電量測定装置２００を
用いてローラ１０周分の帯電量を測定した。この帯電量
測定装置２００は、第７図（ａ）に示すように現像ロー
ラ１０９に対向して設けられる吸引ポンプ２０１及び開
口部２０３を有する導体容器であるファラデーゲージ２
０２から構成され、現像ローラ１０９上の現像剤をファ
ラデーケージ２０２に吸引補修し、静電誘導により発生
する電荷から現像剤の単位重さ当たりの平均電荷量を測
定するものである。

このグラフから明らかなように、上記現像装置を用いる
ことにより、１万枚終了時においても画像濃度及び帯電
量がほとんど変化せず、画像状態が良好な画像形成装置
が得られる。

次に比較のため導電層の層厚りを５．０μｍから２０．
０μ閣まで変化させ、上記と同様の条件で画像形成を試
みた。なお、トナーの粒子径ｒは１１，５μ■である。

（その他の条件は同じ）このときの結果を第１表に示す
。

第　　１　　表 初期では前述の現像装置と同様に画像濃度１．４でかぶ
りがまったく無く極めてシャープなライン画像とムラの
ない均一なソリッド画像を有する印字サンプルを得た。

しかし導電層の層厚りが１０μｍ以下の現像ローラを用
いると、２千枚を経過したあたりから現像ローラ表面に
ひび割れが生じ、このキズか画像に現われるようになっ
た。また３千枚を経過したあたりからこのひび割れから
剥離が発生し、導電層が剥離してしまった箇所では弾性
体層にトナーが固着してしまい、その箇所では現像が不
可能となり１万枚終了時では画像状態は非常に悪いもの
となった。しかし１５μｍ以上ではこのような問題は発
生せず１万枚終了時でも画像状態に大きな変化はなかっ
た。

この実験結果から明らかなように、導電層の膜厚が使用
するトナーの粒径より小さい場合すなわち導電層の層厚
しとトナーの粒径ｒとが、ｒ＜Ｌで表される関係式を満
足しない場合、良好な画像を得るためにはトナー層形成
ブレードに掛ける荷重を本発明の現像装置と比較して大
きくしなければならず、現像ローラに掛かる負荷が大き
いため導電層にストレスが生じ、そのために導電層の剥
離等の問題が発生した。このように本発明によらない現
像装置では１万枚の耐久性がないことが確認された。

以上の実験結果から導電層の層厚は前記トナーの粒子径
よりも大きい値に設定することで良好な画像が得られ、
かつその状態を長期間維持することが可能であることが
確認された。

以上、本発明における一実施例においては現像ローラ１
０９に対するトナー薄層形成ブレード１１０はＡｇａｉ
ｎｓｔの位置であるが、本発明においてはそれに限らず
Ｗ　ｉ　ｔ　ｈの位置でも良い。

また本実施例におけるトナー薄層形成ブレード１１０の
チップ１１０ｂの先端部の形状は断面が楕円状の曲面を
有するものであるが、現像ローラ１０９との当接部が平
面状でなければ、放物面や半円形状を有するものであれ
ば問題はなく、またチップ１１０ｂか複数現像ローラに
当接されるような構成のものでも良い。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、現像剤に十分な帯
電がなされ、かつ長期間の使用においても画像濃度ムラ
やカブリ等の画像不良および劣化が生じない安定した高
品位の画像が得られ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、本発明の一実施例を示す現像装置の概略図、
第２図は、本発明に用いられる現像ローラの一例を示す
一部切欠断面図、第３図（ａ）は、本発明に用いられる
現像剤薄層形成ブレードの一例を示す斜視図、第３図（
ｂ）は、本発明に用いられる現像ローラと現像剤薄膜形
成ブレードとの接触の様子を示す概略図、第４図は本発
明に用いられる現像剤薄層形成ブレードの一例における
薄板バネとチップとの配置を示す平面図、第５図（ａ）
ないし第５図（ｃ）は、現像ローラの弾性層上に導電層
を形成する種々の方法を示す模式図、第６図は、画像形
成枚数に対する画像濃度及び現像剤帯電量の関係を示す
グラフ図、第７図（ａ）は、現像ローラ上の現像剤の帯
電量の測定方法を示す模式図、第７図（ｂ）は、第７図
（ａ）の測定方法に用いられる帯電量測定装置の斜視図
である。 １０９・・・現像ローラ、１０９ａ・・・金属シャフト
、１０９ｂ・・・弾性体層、１０９ｃ・・・導電層、１
１０・・・ブレード、１１０ａ・・・薄板バネ材、１１
０ｂ・・チップ、１１０ｃ・・・シール材、１１０ｄ・
・・弾性体層、１１０ｅ・・・帯電層。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ｊ１１図 第３図す 第４図 第５　図す 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 像担持体に対向配置され、導電層を有する現像ローラと
   、該現像ローラ上にトナーによる現像剤薄層を形成する
   現像剤薄層形成手段とを具備し、前記現像ローラ上に形
   成された現像剤薄層を像担持体に近接または接触させる
   ことにより潜像を可視化する現像装置であって、前記導
   電層の層厚をＬ、前記トナーの粒子径をｒとするとき、
   ｒ＜Ｌの関係を満足することを特徴とする現像装置。