JPH0434580A - 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） この発明は、電子写真装置や静電記録装置において潜像
を可視化する現像装置に係り、さらに詳しくはトナー担
持体上に形成された非磁性トナーの薄層を潜像に接触・
供給することによって現像を行う現像装置に関する。

（従来の技術） トナー担持体上に形成された非磁性トナーの薄層を、潜
像保持体に形成された潜像に接触・供給することによっ
て現像を行う現像手段においては、トナー担持体表面に
常に一定量のトナー層を形成することが極めて重要なポ
イントとなる。

磁性現像剤を磁気作用によって、トナー担持体表面に担
持させ現像を行う手段に比べ、非磁性現像剤をトナー担
持体表面に担持し、常に一定量の現像剤を被現像像（潜
像）に供給することは容易でない。何故ならば、非磁性
トナーに対しては、磁気力のような遠隔作用力を確実に
作用させることができないため、潜像の現像によってト
ナー担持体表面の現像剤層を消費した時、速やかにこれ
を回復することが困難となるからである（以後、トナー
担持体表面に速やかにトナー薄層を回復し、常に一定量
のトナー薄層を潜像に供給する能力をトナー搬送性と呼
ぶ。）。

しかして、トナー搬送不良か生じると、ソリッド画像の
後半において濃度の低下か生じてしまう。

そこで、このトナー搬送性を改良するため、トナー容器
内にスポンジローラやブラシローラを配設し、これらス
ポンジローラやブラシローラによって、トナー担持体に
非磁性トナーをこすりつけてトナー供給を行う手段が、
特開昭６２−５２７４号公報、特開昭８２−７０６７号
公報、特開昭８２−９５５５８号公報などに開示されて
いる。この手段によれば、ある程度トナー搬送性を改良
できるか、トナー担持体表面と現像剤（トナー粒子）と
の摩擦帯電が不十分な場合、トナー粒子はトナー担持体
面に付着することができず、搬送性の充分な向上は期待
できない。また、初期状態においては、良好なトナー搬
送性が得られても、長時間の使用によりトナー担持体面
にトナー組成物の薄膜が形成される現象、すなわちフィ
ルミングと呼ばれる現象が生じ易く、この現象が生じる
とトナー担持体面とトナー粒子との摩擦帯電が不十分と
なり、トナー搬送性が劣化してしまう傾向がある。

（発明が解決しようとする課題） 複写機やレーザプリンタなどの電子写真装置においては
、得られる画像濃度をコントロールする手段として、一
般に潜像保持体（感光体）を露光する光量の制御、もし
くはトナー担持体に印加する現像バイアス電圧を制御す
ることが知られている。この光量や電圧を制御する手段
によれば、画像濃度をある程度コントロールすることが
可能である。しかし、トナー担持体の表面に非磁性トナ
ーの薄層を作成し、このトナー薄層を潜像に接触・供給
することによって、現像を行う現像手段ないし装置を用
いた場合には、得られる画像濃度に上限が存在し、それ
以上の高濃度は望めないという問題がある。何故ならば
、トナー担持体上のトナー薄層を１００％消費してしま
うと、それ以上の高濃度化は不可能となるからである。

一方、高濃度化を図るべくトナー層の厚さを増すと、ト
ナー担持体やトナー層形成部材もしくは前述のトナー供
給部材との接触を経ずにトナー担持体面に付着したトナ
ー粒子が、非画像部にカブリをもたらすという問題が生
じる。

本発明は上記事情に対処してなされたもので、トナー担
持体面に所定量のトナーを付着させ、常に一定の画像濃
度を維持することができ、また高濃度の良質な画像を得
ることかできる現像装置の提供を目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、潜像保持体に近接配置されたトナー担持体と
、このトナー担持体面上にトナーを供給するトナー供給
部材と、このトナー供給部材で供給されたトナーをトナ
ー担持体面上に薄層に形成するトナー層形成部材とを備
え、前記薄層化されたトナーによって、前記潜像保持体
の潜像を現像する一成分トナー現像装置において、前記
トナー担持体と前記トナー供給部材との接線と、鉛直方
向とのなす角θを、鉛直方向を基準としかつトナー層形
成部材方向を正として、−１Ｏｄｅｇ＜θ＜　１２０ｄ
ｅｇ となるように設定したこと（第１の発明）、前記トナー
層形成部材と前記トナー供給部材との距離を１０ｍｍ以
下に設定したこと（第２の発明）もしくは 前記トナー担持体および前記トナー供給部材を１０１０
Ω師以下の材料で構成しかつ、両者を同電位に設定した
こと（第３の発明）を特徴とする。

上記構成についてさらに詳述すると、第１の発明におい
てトナー担持体とトナー供給部材との接線とは、トナー
担持体とトナー供給部材との接している部分のなかでも
トナー層形成部材に近い部分での接線のことであり、ト
ナー層形成部材方向にこの接線が傾いているほうがよい
。また、この接線がある程度トナー層形成部材方向に傾
いていればトナー供給が十分になって、トナー搬送性は
良好になる。ここでトナー供給部材は、トナーの予備帯
電という効果もあるので、あまり傾は過ぎるとトナー供
給部材に接することなく、トナー層形成部材に到達する
現像剤が多くなり、トナーの帯電量が不十分な場合があ
る。これを防ぐためには、好ましくは傾きの角度を１２
０度以下に設定する。

第３の発明においては、トナー供給部材により搬送され
トナー担持体と摺擦され帯電されたトナーおよび近傍の
トナーがトナー担持体によりトナー層形成部材まで十分
な量のトナーが安定して搬送され、トナー層形成部材に
よりナー剤の薄層が形成されることによりトナー搬送性
は著しく改良され、かつ均一なトナー供給が可能となる
。何故ならば、トナー搬送性はトナーの帯電に左右され
易く、トナーの帯電を素早く均一に行うことが重要であ
り、帯電量が大きすぎても小さすぎてもいけない。また
、十分な量のトナーをトナー担持体表面へ供給すること
も重要である。したがって、トナー供給部材とトナー担
持体との両方をひとつの系とみてこの系にトナーを供給
し帯電しなければならない。トナー供給部材とトナー担
持体とが同電位にないと帯電したトナーには静電気力か
働き、十分に帯電してないトナーには静電気力が働かず
、トナー供給部材とトナー担持体との間のトナーの移動
およびこの系へのトナーの移動が不安定になりトナー搬
送性か不安定になる。この場合、前述のトナー搬送性が
不安定になるばかりでなく、−度現像したパターンが白
っぽく現れたり黒っぽく現れたりする、いわゆる現像メ
モリが生じ易い。

トナー供給部材とトナー担持体とが導電性で同電位にあ
ればトナー搬送性が安定し、現像メモリが生じない。つ
まり、トナー供給部材に静電気が溜まること、すなわち
トナー供給部材自体が帯電しその電荷が溜まることが防
止でき、部分的な静電気力が働くことがなくトナー搬送
性が安定し、現像メモリか生じない。なお、トナー供給
部材とトナー担持体とが同電位にない設定、すなわち電
位差を持たせる設定の場合は、電位差を持たせる部材、
たとえば電源やツェナーダイオードなどが必要であり高
価になる。

（作用） 本発明によれば、トナー供給部材により搬送され、トナ
ー担持体面との摺擦によって帯電されたトナーおよび近
傍のトナーがトナー担持体により、トナー層形成部材ま
で十分な量が安定して搬送され、トナー層形成部材によ
りトナーの薄層が常時かつ容易に形成される。つまり、
著しく改良されたトナー搬送性を常に呈する。何故なら
ば、−船釣にトナー供給部材とトナー担持体との摺擦に
よる帯電では十分な量のトナーの帯電ができないことお
よびトナーの帯電量も不均一な場合や不十分な場合が多
いので、トナー層形成部材まで十分な量のトナーが搬送
されない。

しかるに、第１の発明によれば、トナー搬送を静電気力
以外の力として主にトナー供給部材、トナー担持体およ
びトナー層形成部材の位置関係の設定による摩擦力と重
力とによってトナーの搬送を補助しており、もって十分
な搬送性が得られる。

また、第２の発明によれば、静電気力以外の力として主
にトナー供給部材とトナー担持体とによりトナーに加わ
る圧力によって搬送の補助とじており、もって十分な搬
送性が得られる。

さらに、第３の発明によれば、トナー搬送性を左右する
トナーの帯電状態を、同電位に保持したトナー供給部材
とトナー担持体とにより素早く均一化することによって
搬送の補助としており、もって十分な搬送性が得られる
。

（実施例） 以下図面を参照し本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明に係る現像装置の一構成例を示す要部断
面図である。第１図において、１はトナー担持体ローラ
で、金属シャフト２の外周に弾性体層３および導電体１
層４を順に設けた構成を成し、図中反時計方向に周速Ｖ
ｔ　（＋ａｍ　／　ｓｅｅ　）で回転する。

また、このトナー担持体ローラ１の表面導電体層４と金
属シャフト２は導通状態にあり、金属シャフト２には、
保護抵抗５を介して現像バイアス電源６が接続されてい
る。

一方、前記トナー担持体ローラ１面には、撹拌子７およ
びトナー供給ローラ（トナー供給部材）８によってトナ
ー（現像剤）が供給され、トナー層形成部材９の規制作
用によって均一な厚さのトナー薄層１０が形成される。

かくしてトナー担持体ローラー面に形成されたトナー層
１０は、現像装置において感光体ドラム（ａ像保持体）
１１に接触し、感光体ドラム１１面の潜像の現像か行わ
れる。なお、図において１２は転写装置、１３はクリー
ニング手段、１４は帯電手段を示す。

本実施例では、感光体ドラム１１面の未露光部電位ＶＯ
が一５００Ｖ、露光部電位Ｖ、カー５０Ｖノ潜像に反転
現像法によって現像剤を付着させる場合について例示す
る。すなわち、背景電位、画像部電位は各々Ｖｏ、Ｖ、
に対応する。トナー担持体０−ラーの導電体層４には現
像バイアス電圧Ｖｔが印加されている。具体的には、現
像バイアス電圧Ｖ　ｔ　−−２００Ｖ、　　）ナー担持
体ローラーの表面速度Ｖｔ　−８０１１１ｍ　／ｓｅｃ
、感光体ドラム１１表面速度ｖｔ＝４０１／５ｅｅｓ感
光体ドラム１１とトナー担持体ローラーの接触幅１〜３
ｍｍとし、トナーとしてはスチテンアクリル樹脂、カー
ボンブラック、帯電制御剤、ワックスおよび疎水性シリ
カなどからなる安息角が２０″〜４０″の負帯電型−成
分非磁性トナーを用いた場合を標準状態とする。

上記構成の現像装置において、トナー担持体ローラ１と
前記トナー供給ローラ（トナー供給部材）８との接線と
、鉛直方向とのなす角θ（トナー供給角と呼ぶことにす
る）か、鉛直方向を基準とし、前記トナー層形成部材方
向を正として、−１，Ｏｄｅｇ　＜θ＜　１２０ｄｅｇ
の範囲内にあるθを負で約−１０度に設定した場合（第
２図）とθを正で約＋４０度に設定した場合（第３図）
とについて説明する。なお、第２図および第３図に図示
する構成例では、トナー容器の低面がトナー担持体ロー
ラ１とトナー供給ローラ８とにおよそ沿うように設定さ
れており、これによってトナー搬送性がさらに安定し良
好な状態を維持できる。このときトナー容器の低面がト
ナー担持体ローラ１と一部分接していることが肝要でト
ナーこほれを防止できる。また、この部分以外は０．１
〜５．０關程度の距離がある方がトナー搬送性をさらに
安定化し、良好な状態の維持が可能となる。この場合、
接触してもかまわないが駆動力か大きくなる。

さらにまた、第２図および第３図の構成例では、トナー
層形成部材９とトナー供給ローラ（トナー供給部材）８
との距離（トナー供給縁面距離と呼ぶことにする）を１
０ｗ以下となるように配置しである。両者の距離とは、
図中２点Ａ、Ｂのトナー担持体ローラ１に沿った距離１
図の場合はトナ担持体かローラなので弧ＡＢとなる。）
のことであり、点Ａはトナー担持体ローラ１とトナー供
給ローラ（トナー供給部材）８との接している部分のト
ナー担持体ローラ］の移動方向出口側の近傍の点である
。また点Ｂはトナー担持体ローラ１とトナー層形成部材
９との接している部分のトナ担持体ローラ１の移動方向
入口側の近傍の点である。換言すると両者の距離とは、
前記トナー供給ローラ（トナー供給部材）８とトナー層
形成部材９とトナー担持体ローラ１とで形成される空間
のトナー担持体ローラ１に沿った縁面距離といってもよ
い。

上記構成の現像装置により現像を行ない、前記標準状態
におけるトナー供給角θおよびトナー供給縁面距離とト
ナー搬送性の関係を調べた結果を第４図に示す。第４図
においてトナー供給角θの単位は［ｄｅｇｉであり、平
均付着量はＡ４サイズに２枚相当の黒へたを現像したと
きの感光体ドラム１１上の平均トナー付着量で単位は［
ｔａｇ　／　ｃｄ　］であり、この値が０．８ａ＋ｇ／
ｃＩ＃以上であれば十分な搬送性か得られる。標準状態
ではトナー担持体ローラ１の周速度Ｖｔ　−Ｈｍｔｌ／
　ｓｅｅ　、感光体ドラム面速度Ｖｔ　−４０！Ｉｎ　
／　ｓｅｅなので、トナー担持体ローラ１上の平均トナ
ー（現像剤）付着量は、およそこの半分になるが、半分
よりも多くシトナー担持体ローラ１上のトナーを完全に
は消費しない方がよい。

実験によれば標準状態ではトナー担持体ローラ１上の平
均トナー付着量はおよそ感光体ドラム１１上の平均トナ
ー付着量の５４％程度以上の値のときに十分な搬送性が
得られた。トナー供給縁面距離りはり、−３、Ｌ２−５
、Ｌ３−７、ｔ、、””１０、Ｌ　ｓ　＝　１５　［Ｉ
ＩＩＩコである。トナー供給角θが、１２０度を越える
とおよそ一定となった。この実験結果は、トナーや部品
の材料が磁性体であっても同様の傾向を示した。すなわ
ち、前記トナー供給ローラ（トナー供給部材）８とトナ
ー層形成部材９とトナー担持体ローラ１を有する現像装
置では、上記構成の本発明に係る技術によりトナー搬送
性が改善できることがわかった。

さらにまた、第２図および第３図に図示した構成例では
、前記トナー供給ローラ（トナー供給部材）８が導電性
であり、トナー担持体ローラ１とトナー供給ローラ（ト
ナー供給部材）８とが同電位となるようにしである。こ
れにより部分的な静電気力が働くことがなくなり、トナ
ー搬送性が安定化し、現像メモリの発生も全面的になく
なった。

つまり、前記トナー供給ローラ（トナー供給部材）８の
抵抗値は、ｌｏ　ｌｆｌΩ■以下に設定されるが、第２
図および第３図に図示した構成例では、１０’〜１０’
Ω口とした。

トナー供給部材８としては導電性のスポンジローラかよ
く、トナーの搬送能力と導電性を兼備している。たたし
、長期使用においては、耐摩耗性のよいウレタンかよく
、さらにトナーの浸入による同化かない方がよい。その
理由は表面の抵抗値が高くなってしまい前記の作用効果
か得られなくなることと、トナー供給ローラ８の駆動ト
ルクか大きくなってしまうことを防止するためである。

前記トナー供給部材８を構成するスポンジローラ８がト
ナー浸入により固化するのを防止するためには、フオー
ムの目を細かくする手段と膜を強くする手段がある。前
者の場合、目の大きさかトナーの体積平均粒径の３０倍
程度以下がよく、あまり小さいとフオーム自体が固くな
ってしまい、トナー供給ローラ８の駆動トルクが大きく
なる。

また、トナー供給ローラ８は、トナーの浸入を完全に防
止したりあるいは独立気泡である必要もなく、ある程度
の浸入があってもフオーム全体として柔軟性を維持でき
ればよい。さらに、ゴム硬度（ＪＩＳ　Ｋ　８３０１　
Ａ型）で１０度以下なら目が小さくともよく、結局は寿
命との兼合いであるが、ウレタンフオームで前記のよう
なトナー供給ローラ８を構成したところ、画質、トルク
との１万枚のライフテストにおいて良好な状態を維持で
きた。テスト終了後にフオーム層中の程度までトナーが
浸入しているか調べたところ、中心のシセフトまで到達
しているものもあればそうでないものもあったが、柔軟
性は維持でき接着剤などとの反応はみられなかった。

また、トナー供給ローラ８を構成する材料の強化策とし
ては、生成分の分子量をＧＰＣでの測定で重量平均分子
ｆｆｉ　８０００以上のものがよいが、硬度を考慮する
と３００００以下がよい。あるいは樹脂の材料として（
フオームではなく）引張り強度の大きい樹脂（ＪＩＳ　
Ｋ　７３１１でＬｋｇｆ／關２、好ましくは１．２ｋｇ
　ｆ’　／　ａｍ　２以上）または伸び率の大きい樹脂
（ＪＩＳ　Ｋ　７３１１テ２００％、好ましくは２５０
％以上）とするのがよい。添加物により材料の強度を高
くする手段では添加物として、カーボンや、シリカ、ア
ルミナ、チタニアなどの金属酸化物や、シラン系、チタ
ネート系などのカップリング剤や、分子量の大きい樹脂
または引張り強度の大きい樹脂（ＪＩＳ　Ｋ　７３１１
で　１ｋｇｆ’　／　ａｍ　２、好ましくは　１．２ｋ
ｇｒ／ｍｍ２以上）または伸び率の大きい樹脂（」ＩＳ
Ｋ　７１１１で２（１０％、好ましくは２５０％以上）
などを添加する手段もある。さらに、膜厚を厚くする手
段や骨格の太さを太くするなどして膜を破れにくくする
ことも可能である。

また、ウレタンフオームとして、密度０．０３〜０゜０
６ｇ／ｃＩＩ＋３、硬度１５〜２５）ｃｒ　ｔ　／　ａ
ｍ　”　　（Ａ型では１０度以下なのでＪＩＳ　Ｋ　６
４０１での測定値）、フオームとしての引張り強度０．
８〜１−５ｋｇｆ／ｃ４、フオームとしての伸び率２０
０〜３５０％、セル数１００個／２５ｍ＋ｇ以下、抵抗
値１０”〜１０６Ω口のものを使用したところ１０万枚
以上のライフテストにおいても画質、トルクとも良好な
状態を維持できた。

さらに、長期放置や保存を考慮すれば、圧縮永久歪率が
３０％、好ましくは２０％以下がよく、トナー供給ロー
ラ８として使用したとき、トナー担持体ローラ１による
トナー供給ローラ８の変形量あるいは他の部材により変
形される量の方が大きければ、その変形量と前記圧縮永
久歪率との積か４順、好ましくは　１ｍｍ以下の場合が
好ましかった。

ＪＩＳでの７０℃２２時間の圧縮永久歪率では、２０％
以下のものかよかった。このようなフオームにより６力
月以上保存後でも画質、トルクとも良好な状態を維持で
きた。

さらにまた、導電性の付与についても種々の方法があり
、たとえば本体構成材料に導電性を付与してもよいし、
あるいは導電性材料を用いてもよい。このような材料を
発泡させることにより均一な導電性、柔軟性のフオーム
を形成することができる。さらに、フオームを形成した
後に導電性のカーボンなどの導電材料により導電性を付
与する方法もあり、導電材の含浸により強い材料になと
ともにほとんどの穴が小さくされ、あるいはトナーが浸
入しにくくなり、寿命の長いトナー供給ローラができる
。実験によれば１０万枚以上の寿命（画質、トルク）で
あった。

［発明の効果コ 上記のごとく、本発明に係る現像装置よれば、トナーを
大量に消費した場合にも速やかにトナー担持体表面に所
定量のトナーを付着させ、常に一定の画像濃度を維持す
ることかでき、また極めて高濃度の現像メモリの無い良
質な画像を得ることができる低価格の現像装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明に係る現像装置の
要部構成例を示す断面図、第４図は本発明に係る現像装
置についてトナー供給角θおよびトナー供給縁面距離と
のトナー搬送性の関係を示す図である。 ｌ・・・・・・・・・トナー担持体ローラ２・・・・・
・・・・金属シャフト ３・・・・・・・・・弾性体層 ４・・・・・・・・・導電体層 ５・・・・・・・・・保護抵抗 ６・・・・・・・・・現像バイアス電源７・・・・・・
・・・撹拌子 ８・・・・・・・・・トナー供給ローラ（トナー供給部
材）９・・・・・・・・・トナー層形成部材１０・・・
・・・・・トナー薄層 １１・・・・・・・・・感光体ドラム（＃Ｒ保持体）圧
願人 同

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）潜像保持体に近接配置されたトナー担持体と、こ
   のトナー担持体面上にトナーを供給するトナー供給部材
   と、このトナー供給部材で供給されたトナーをトナー担
   持体面上に薄層に形成するトナー層形成部材とを備え、
   前記薄層化されたトナーによって、前記潜像保持体の潜
   像を現像する一成分トナー現像装置において、 前記トナー担持体と前記トナー供給部材との接線と、鉛
   直方向とのなす角θを、鉛直方向を基準としかつトナー
   層形成部材方向を正として、−１０ｄｅｇ＜θ＜１２０
   ｄｅｇ となるように設定したことを特徴とする一成分トナー現
   像装置。
2. （２）潜像保持体に近接配置されたトナー担持体と、こ
   のトナー担持体面上にトナーを供給するトナー供給部材
   と、このトナー供給部材で供給されたトナーをトナー担
   持体面上に薄層に形成するトナー層形成部材とを備え、
   前記薄層化されたトナーによって、前記潜像保持体の潜
   像を現像する一成分トナー現像装置において、 前記トナー層形成部材と前記トナー供給部材との距離を
   １０ｍｍ以下に設定したことを特徴とする一成分トナー
   現像装置。
3. （３）潜像保持体に近接配置されたトナー担持体と、こ
   のトナー担持体面上にトナーを供給するトナー供給部材
   と、このトナー供給部材で供給されたトナーをトナー担
   持体面上に薄層に形成するトナー層形成部材とを備え、
   前記薄層化されたトナーによって、前記潜像保持体の潜
   像を現像する一成分トナー現像装置において、 前記トナー担持体および前記トナー供給部材を１０＾１
   ＾０Ωｃｍ以下の材料で構成しかつ、両者を同電位に設
   定したことを特徴とする一成分トナー現像装置。