JPH0437876A - 現像剤担持体 - 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１回転能動される現像剤担持体に、必要に応じ
て補助剤を外添した非磁性〜成分系現像剤を供給し、該
現像剤担持体の表面に前記現像剤を担持して搬送し、潜
像担持体と前記現像剤担持体が互いに対向した現像領域
にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を現像剤担持
体に担持された前記現像剤によって可視像化する画像形
成方法に用いる現像剤担持体に関するものである。

〔従来の技術〕

潜像担持体に静電潜像を形成し、これを現像剤によって
可視像化して記録画像を得る電子複写機、プリンタ或い
はファクシミリ等の画像形成装置では、粉体状の現像剤
を用いる乾式の現像装置が広く採用されている。

かかる粉体状の現像剤としては、トナーとキャリアを有
する二成分系現像剤と、キャリアを含まない一成分系現
像剤とが公知であり、前者の二成分系現像剤を用いた二
成分現像方式は、比較的安定した良好な記録画像が得ら
れる反面、キャリアの劣化やトナーとキャリアの混合比
の変動が発生しやすく、装置の維持管理が煩雑で、装置
全体の構造が大型化しやすくなる欠点を有している。

このような観点から、上述の欠点を有しない一成分系現
像剤を用いた一成分現像方式が注目されている。−成分
系現像剤は、トナーのみから成るものと、これに必要に
応じて補助剤を外添しトナーと補助剤を混合したものと
がある。またトナーとしては、その各トナー粒子自体に
磁性粉を練り込んだ磁性トナーと、磁性体を含まない非
磁性トナーとがある。

ここで、磁性体は一般に不透明であるため、フルカラー
やマルチカラーを含めたカラー画像を磁性トナーによっ
て形成すると、現像された可視像が不鮮明となり、鮮や
かなカラー画像を得ることはできない。従って、特にカ
ラー現像に対しては。

非磁性トナーを用いた一成分現像方式を採用することが
望ましい。

ところで、−成分現像方式を採用した現像装置において
は、−成分系現像剤を現像剤担持体に担持させて搬送し
、この現像剤担持体と潜像担持体とが互いに対向した現
像領域において、潜像担持体に形成された静電潜像を現
像剤によ、うて可視像化しているが、所定濃度の高品質
な可視像を形成するには、充分に帯電した多量のトナー
を現像領域に搬送し、かかるトナーによって潜像を可視
像化する必要がある。

磁性トナーを用いた場合には、現像剤担持体に内股した
磁石の磁力を利用して、該担持体にこの一成分系現像剤
を担持てきるので、上述の要求を比較的容易に満たすこ
とが可能である。

ところが、非磁性の一成分系現像剤を用いたときは、こ
れを磁力によって現像剤担持体に担持させることはでき
ないため、上述の要求を満たすことは難しい。これに対
する対策も従来より各種提案されており、例えば特開昭
６１−４２６７２号公報には、現像剤担持体（現像ロー
ラ）の表面に誘電体（絶縁体）の層を積層形成し、これ
に対して、例えばスポンジローラから成る現像剤供給部
材を圧接させ、両者を互いに異極性に摩擦帯電させると
共に、この誘電体と逆極性に帯電させた非磁性トナーを
誘電体に静電的に付着させ、かかる−成分系現像剤を現
像領域に搬送する方法が提案されている。しかし、この
方法によっても、誘電体表面の近傍に形成される電界の
強さを充分に高めることができないため、現像ローラの
表面に多量のトナーを担持させることは難しく、現像領
域へ搬送できる現像剤量が不足し、高濃度の可視像を形
成することは困難である。

また、現像ローラと現像剤供給部材の間に、非磁性トナ
ーが現像ローラ側へ静電的に移行する向きの電界を印加
する構成も公知であるが、このような構成を付加しても
、現像ローラへ充分な量のトナーを付着させることは難
しい。

なお、トナー供給部材としては、１０２〜１０′Ω・Ｃ
ｌｌ１の導電性発泡体（特開昭６０−２２９０５７号公
報）、スキン層付弾性体（特開昭６０−２２９０６０号
公報）及びファーブラシ（特開昭６１−４２６７２号公
報）等を使用することが提案されており、また現像ロー
ラとしては、表面に凹凸を有する金属体（特開昭６０−
５３９７６号公報）、絶縁被覆ローラ一体（特開昭５５
−４６７６８号公報）中低抗体被覆ローラ（特開昭５８
−１３２７８号公報）及び絶縁体と導電面を持つ電極ロ
ーラ（特開昭５３〜３５２４５号公報）等が開示されて
いる。

また、非磁性−成分現像剤を用いる現像装置において、
特開昭６０−２２９０５７号公報ではスポンジローラ、
特開昭６２−２２９０６０号公報では弾性ローラ。

特開昭６１−５２６６３号公報ではファーブラシ等を用
いて、トナーと補給部材との摩擦帯電でトナーに電荷を
付与し、更に現像ローラとの接触においての摩擦により
、現像ローラヘトナーを静電的に付着させ、更にブレー
ド等の層厚規制部材を用いて、トナー層を制御して感光
体の潜像を現像する。現像ローラの材料としては、絶縁
性のもの、中抵抗のもの、積層のものなど各種のものが
用いられている。

これらの引例で示されている方式によると、現像ローラ
へのトナー付着は、トナー補給部材と現像ローラとの摩
擦帯電によって行なわれるが、トナーの付着した部材で
摩擦するため、充分な帯電が得にくく、結果的にトナー
付着が不足してしまう。非磁性−成分現像方式での最適
付着量と帯電量について説明すると、次のようになる。

白黒用では、帯電量が重視され、それは−船釣に１０−
２０μＣ／ｇである。この値より小さいと、地汚れ、シ
ャープ性などの画質面で劣るものとなる。

また、付着量に関しては、現像ローラ上の付着量は０　
、１Ｊ　、　３ｍｇ／ｃｍ２であるが、転写紙上には０
．４−０．５Ｂ／ｃ＋＋＋２が必要であり、現像ローラ
のスピードを感光体のスピードの３〜４倍にすることに
よって、トナーの付着量をカバーしている。ただ、３〜
４倍の現像ローラの回転には、′トナー後端より″とい
う現象、すなわちベタ部を現像した場合、画像の後端部
の濃度が高くなるという現象を１発生するという問題が
ある。この現象を防ぐには、現像ローラのスピードを感
光体のスピードに近ずけることである。つまり、現像ロ
ーラ上の付着量を多くして、回転数を小さくしなければ
ならない。

一方、カラートナーでは、その色特性は黒トナーに比べ
て着色度が小さく、また゛′トナー後端より”を改良し
ようとすると、黒トナーに比べ更に多い０．８〜１　、
２ｍｇ／ｃｍ２という現像ローラ上の付着量が必要にな
る。また、帯電量に関しては、安定した画像を得るため
には、５〜２０μＣ／ｇ　（好ましくは１０〜１５μＣ
／ｇ）の値が望まれる。

これらの問題点を解消する方法として、本発明者らは、
先に「回転駆動される現像剤担持体に、必要に応じて補
助剤を外添した非磁性トナーより成る一成分系現像剤を
供給し、該担持体の表面に前記現像剤を担持して搬送し
、潜像担持体と前記現像剤担持体が互いに対向した現像
領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を現像剤
担持体に担持された前記現像剤によって可視像化する現
像方法において、前記現像剤担持体の表面に選択的に電
荷を保持させることにより該担持体表面の近傍に多数の
微小閉電界を形成し、この閉電界により帯電トナーを吸
引し、現像剤を現像剤担持体表面に付着させて担持し、
該担持現像剤によって静電潜像を可視像化する画像形成
方法」を提案した。

かかる発明は、現像剤担持体の表面の近傍に多数の微小
閉電界（マイクロフィールド）が形成されるので、その
電界強度を従来よりも著しく壜太させることかでき、充
分に帯電した多量の非磁性トナーを現像剤担持体に担持
して現像領域に搬送できるといった多くの利点を有する
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕 ただ、前記のような現像剤担持体表面の近傍に多数のマ
イクロフィールドが形成される画像形成方法においても
、経時的に安定したトナー付着量と帯電量を得るために
は、現像剤担持体表面にトナーが付着する、いわゆるト
ナーフィルミングを防止することなどが要求される。

従って、本発明の目的は、前記の画像形成方法において
、経時的に安定したトナー付着量及びトナー帯電量が得
られると共にフィルミングの発生という問題点を解消す
る現像剤担持体を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、鋭意検討した結果、現像剤担持体表面に
おいて、海の部分に相当する誘電体部にトナーに対して
非粘着性である物質を含有する現像剤担持体が、上記目
的に適合することを知見し、本発明を完成するに至った
。

すなわち、本発明によれば、現像剤担持体の表面上に１
選択的に電荷を保持させることにより、現像剤担持体表
面近傍に多数の微小閉電界を形成し、この現像剤担持体
上に、必要に応じて補助剤を外添したトナーよりなる非
磁性一成分系現像剤を供給し、前記微小閉電界により前
記現像剤を現像剤担持体表面に担持させ、該担持現像剤
によって静電潜像を可視像化する画像形成方法に用いる
現像剤担持体であって、少なくともその表面に誘電体部
と導電体部とが海島構造の形で形成され、かつ海の部分
に相当する誘電体部がトナーに対して非粘着性である物
質を含有するものであることを特徴とする現像剤担持体
が提供される。

本発明の現像剤担持体を用いる画像形成方法は、現像剤
担持体表面の近傍に多数の微小閉電界が形成されるので
、その電界強度を従来よりも著しく増大させることがで
きる上に、現像剤担持体表面において、海の部分に相当
する誘電体部にトナーに対して非粘着性である物質を含
有させた構成にしたことから、トナーフィルミングの発
生が防止されると共に経時的に安定して所・望のトナー
付着量とトナー帯電量を得ることができるものとなる。

以下、かかる画像形成方法について説明する。

第１図にこの画像形成方法の実施に有用な代表的な現像
装置の現像剤担持体部を中心とした概要を示す。第１図
において、トナータンク７０に内蔵されているトナー６
０は、撹拌羽根（トナー供給補助部材）５０によりトナ
ー供給部材（スポンジローラ又はファーブラシなど）４
０に強制的に寄せられ、トナー６０はトナー供給部材４
０に供給される。一方、現像を終了した本発明の現像剤
担持体（現像ローラ）２０は、矢印の方向に回転（例え
ば４００ｒｐｍ）　Ｌ／、トナー供給部材４０との接触
部に至る。トナー供給部材４０は現像剤担持体２０と逆
方向に回転（例えば３００ｒｐｍ）　Ｌ／、現像剤担持
体２０とトナー６０に帯電を与え、現像剤担持体２０上
にトナー６０を付着させる。

更に現像剤担持体２０は回転し、現像剤担持体２０上の
付着トナーは、トナー層厚規制部材（弾性ブレード）３
０により、厚みを制御されながら帯電も安定化され、現
像領域８０に達する。現像領域８０において、接触又は
非接触現像により、潜像が現像される。ここで必要に応
じて、現像剤担持体２０、トナー供給部材４０に直流、
交流、直流重畳交流、パルスなどのバイアスなどを印加
して、最適な画像を制御することができる。

次に、このタイプ（電極タイプ）の現像剤担持体２０へ
のトナー付着のメカニズムについて説明する。

現像剤担持体２０の例としては、例えば第２図に示され
るように、その表面に誘電性領域（誘電体部）と導電性
領域（導電体部）とが微小面積で混在するように構成さ
れている。面積の大きさは、形状が円形であるとした場
合、径が１０〜５００声の大きさの微小面積がランダム
に又はある規則にしたがって分散している。面積比とし
ては、導電体部の面積が２０〜６０％の範囲が好ましい
。また、誘電体部表面は導電体部表面より低くなってお
り（すなわち凹んでおり）、その差（深さ）はトナー平
均粒径の３〜６倍程度が好ましい。

トナー付着は次のようになる。まず、現像を終了した現
像剤担持体２０は、矢印の方向に回転してトナー供給部
材４０と接触する。ここで現像しなかった非画像部の残
トナーは、トナー供給部材４０により機械的、電気的に
かきとられ、誘電体部は摩擦によって帯電する。このと
き前の現像による現像剤担持体２０とトナーの電荷は、
摩擦により一定化され、初期化される。次に、供給部材
４０によって運ばれたトナーは、摩擦により帯電し、現
像剤担持体２０の誘電体部に静電的に付着する。このと
きの極性は、感光体電荷に対してトナーは逆極性にまた
現像剤担持体２０の誘電体部は同極性となる。

このような現像剤担持体２０とトナー供給部材４０との
接触回転によるトナー供給と初期化の過程において、誘
電体部表面が低くなっている（凹んでいる）ことによっ
て、誘電体部とトナー供給部材４０との接触回転が適正
化され、その結果誘電体部表面へのトナーフィルミング
が防止され、且つ現像剤担持体２０の駆動トルク低減化
により回転ムラが防止される。

また、このときの現像剤担持体２０上の電界は、第２図
に示されるようにマイクロフィールド（閉電界）となり
、電界傾度の大きい電界となって、トナーを多層に付着
させることが可能となる。また、付着したトナーは閉電
界となっているので、現像剤担持体２０側に強く引かれ
離れにくい状態となる。

このトナー層は、更にトナー層厚規制部材３０によりト
ナー層厚が制御され、現像領域８０に達する。

現像領域８０での現像剤担持体２０と静電潜像担持体（
感光体）１０間の電界は、電極効果が大きくなり、現像
剤担持体２０上のトナーは静電潜像担持体１０に付着し
易い電界となり、現像が行なわれる。

次に、本発明の現像剤担持体について説明する。

本発明の現像剤担持体は、前記したように、その表面に
誘電体部と導電体部が海島構造の形で形成され、かつ誘
導体部にはトナーに対して非粘着性である物質が含有さ
れていることを特徴とする。

海に相当する誘電体部に用いる材料は、トナーに対して
非粘着性を示すと共に絶縁性（１０１３Ω・ｃｍ以上）
を有するものが好ましい。具体的には、脂肪族含フツ素
化合物やシリコーン樹脂を主体とするものが使用される
。

脂肪族含フツ素化合物としては、例えばポリテトラフル
オロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロ
エチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラ
フルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合
体、ポリクロロトルフルオロエチレンなどのフッ素を含
む重合体若しくは分子鎖末端あるいは分子鎖中にエーテ
ル基、カルボキシル基、水酸基などの極性基を有する脂
肪族フルオロカーボンないし脂肪族フルオロクロロカー
ボン化合物などが挙げられる。また、シリコーン樹脂と
しては、縮合反応型、付加反応型、過酸化物硬化反応型
のシリコーン樹脂ないしは有機樹脂を共重合した変性樹
脂などが挙げられる。

一方、島の部分し；相当する導電体部に用いる導電性材
料としては、１０１２Ω・Ｃｕｔ以下、好ましくは１０
８′Ω・Ｃｍ以下のものが使用できる。具体例としては
、ＡＱ、　ＳＵＳ、　Ｆｅ、　Ｎｉなどの金属類、セラ
ミックス類などの他に、有機ポリマー類に導電性フィラ
ーを添加したものが挙げられる。この場合、有機ポリマ
ー類としては次のものが挙げられる。

ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリビニルア
ルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリ
ビニルホルマールなどのビニル系樹脂；ポリスチレン、
スチレン−アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリ
ル−ブタジェン−スチレン共重合体などのポリスチレン
系樹脂；ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体
などのポリエチレン系樹脂；ポリメチルメタクリレート
、ポリメチルメタクリレート−スチレン共重合体などの
アクリル系樹脂；ポリアセタール、ポリアミド、セルロ
ース、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂、ポリエステ
ル、フッ素樹脂、ポリウレタン。

フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂
材料；天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジェンゴム、ス
チレン−ブタジェンゴム、ブチルゴム、エチレン−プロ
ピレンゴム、クロロプレンゴム、塩素化ポリエチレンゴ
ム、エピクロルヒドリンゴム、ニトリルゴム、アクリル
ゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フ
ッ素ゴム、シリコーン変性エチレン−プロピレンゴムな
どのゴム材料など。

また、導電性フィラーとしては、Ｎｉ、　Ｃｕなどの金
属粉；ファーネスブラック、ランプブラック、サーマル
ブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラックな
どのカーボンブラック；酸化スズ、酸化亜鉛、酸化モリ
ブデン、酸化アンチモン、チタン酸カリなどの導電性酸
化物；酸化チタン、雲母上などにめっきを施した無電解
めっき物；グラファイト、金属繊維、炭素繊維などが挙
げられる。

なお、ポリエチレン方キサイドやポリシロキサンなどの
ポリマーマトリックスに金属イオンを配位させた有機イ
オン伝導体なども用いることができる。

本発明の現像剤担持体を作製するには、例えば、（ｉ）
まず、表面にアヤメローレット加工等によりＶ溝加工を
施した金属ローラを作製しくこの場合、Ｖ溝は０．１〜
０．５１ピツチとし、ローラ長手方向に対して、約４５
°の角度に加工する）［参照１第３図（ａ）〕、（ｉｉ
）次に、■溝加工した金属表面に、前記誘電体材料をス
プレー、ディッピングなどの方法によりコーティングし
、所定の条件（温度、時間）で硬化（焼成）シ（塗布膜
の厚みは■溝が完全に埋まる状態にする）〔参照；虹３
図（ｂ）〕、（石）続いてローラの表面を切削又は研磨
加工により導電面と誘電面が海島構造（微小面積）で混
在するように削り、導電部面積が２０〜６０％になるよ
うに削る〔参照；第３図（Ｃ）〕という方法が採用され
る。

また、（ｉｖ）金属ローラの表面に導電性接着剤（エポ
キシ系、ポリイミド系、フェノール系、ポリエステル系
などの樹脂に導電性フィラー、例えばＡｇ、Ａｕ、　Ｃ
ｕ、　Ｎｉ、　ＡｇめっきＣｕ、Ａｇめっきガラス、カ
ーボンブラックなど、を添加したもの）を塗布した後、
前述の導電性金属粒子を埋設し〔参照；第４図（ａ）〕
、（ｖ）次に誘電体材料をスプレー、ディッピングなど
の方法によりコーティングし、所定の硬化若しくは乾燥
温度、時間により誘電部を形成し〔参照；第４図（ｂ）
〕、（ｖｉ）続いてローラの表面を切削又は研磨加工に
より導電面と誘電面が海島構造（微小面積）で混在する
ように削り、導電部面積が２０〜６０％になるように削
る〔参照；第４図（Ｃ）〕という方法も採用することも
できる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。なお
、部は重量部を表わす。

実施例１ 次の要領により現像剤担持体（現像ローラ）を作製した
。

（ｉ）金属ローラ（φ２５）の表面にアヤメローレット
加工により、■溝を設けた。■溝は０．２ｍ＋ａピッチ
とし、ローラ長手方向に対して約４５度に加工した。

（ｎ　）Ｖ溝加工した金属ローラ表面に、ポリテトラフ
ルオロエチレン（商品名ポリフロンＴＥＦ　Ｍ−５；ダ
イキン工業社製）を静電塗装した後、３５０℃、約１時
間焼成した。コーテイング膜の厚みは、■溝が完全に埋
まる状態とした。

（■）ローラの表面を研磨し、導電面と誘電面が海島構
造（１＃小面積）で混在するようにして、導電部面積が
約５０％となるようにした。

実施例２ 導１１１１劃級 樹脂：商品名ドータイトＤ−５５０、藤倉化成社製夷１
４Ｉ【五 Ｃｕ粒子（粒径３００μｓ） 誘電体材料 フッ素樹脂 （商品名ルミフロンＬＦ２００；旭硝子社製）前記処方
の材料を用い、次の要領により現像剤担持体（現像ロー
ラ）を作製した。

（ａ）　ＳＵＳ製ローラ上に上記導電性接着剤を塗布し
た後、その上に前記導電性粒子を埋設する。

（ｂ）次に、埋設加工したローラ表面に、前記誘電体材
料をスプレーコーティングし、１００℃、１時間の条件
で硬化させた。塗布厚みは導電性粒子が完全に埋まる状
態とした。

（ｃ）ローラの表面を研磨し、導電面と誘電面が微小面
積で混在することにして、導電部面積を５０％とした。

ｐ冒１ 各現像ローラを第１図に示される現像装置に装着し、ト
ナーの帯電量、トナーの付着量及びトナーフィルミング
性を測定した。それらの結果を第１表に示す。

なお、上記現像装置において、トナー層厚規制部材はウ
レタンゴム製のものを、トナー供給部材は導電性ウレタ
ンスポンジ製のものを、トナーは正帯電トナーを、装填
した。

また、トナーフィルミング性は、上記現像装置を用いて
７２時間後の現像ローラ表面のトナー付着状態を、次の
基準により評価したものである。

ランク■：布などでローラ表面のトナーが簡単に拭き取
ることができる。

ランク■：拭き取りで僅かにトナーが残存している。

ランク■：完全に拭き取りができずトナーの薄い層が残
る。

ランク■：溶融状態のトナーが強くローラ表面に固着し
ている。

第１表 第１表の結果から１本発明の現像ローラによると、トナ
ーフィルミングが防止され、しかも充分なトナー帯電量
と付着量が得られることが分かる。

〔発明の効果〕

本発明の現像剤担持体は、その表面に誘電体部と導電体
部とが海島構造で混在し、しかも該誘電体部にはトナー
に対して非粘着性である物質が含有されるという構成に
したことから、現像剤担持体の表面上に、選択的に電荷
を保持させることにより、現像剤担持体表面近傍に多数
の微小閉型界を形成し、この現像剤担持体上に、必要に
応じて補助剤を外添したトナーよりなる非磁性一成分系
現像剤を供給し、前記微小閉電界により前記現像剤を現
像剤担持体表面に担持させ、該担持現像剤によって静電
潜像を可視像化する画像形成方法に、本発明の現像剤担
持体を用いると、トナーフィルミングが防止され、しか
も充分に帯電した多量の非磁性一成分系現像剤を現像剤
担持体に担持して現像領域に搬送することができ、高濃
度の高品質画像を安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に有用な現像剤担持体上にマイク
ロフィールドの電界を形成させた現像装置の一例を示す
現像剤担持体部を中心とした模式断面図である。また、
第２図は第１図で示される装置において、現像剤担持体
上にマイクロフィールドによる閉型界が生成している状
態を説明するための模式断面図である。 更に、第３図（ａ）〜（ｃ）及び第４図（、）〜（ｃ）
は、本発明の現像剤担持体の作製過程における表面状態
を示す模式断面図である。 １０・・・静電潜像担持体、２０・・・現像剤担持体、
３０・・・トナー層厚規制部材、４０・・・トナー供給
部材、５０・・・撹拌羽根、６０・・・トナー、７０・
・・トナータンク、８０・・・現像領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）現像剤担持体の表面上に、選択的に電荷を保持さ
   せることにより、現像剤担持体表面近傍に多数の微小閉
   電界を形成し、この現像剤担持体上に、必要に応じて補
   助剤を外添したトナーよりなる非磁性一成分系現像剤を
   供給し、前記微小閉電界により前記現像剤を現像剤担持
   体表面に担持させ、該担持現像剤によって静電潜像を可
   視像化する画像形成方法に用いる現像剤担持体であって
   、少なくともその表面に誘電体部と導電体部とが海島構
   造の形で形成され、かつ海の部分に相当する誘電体部が
   トナーに対して非粘着性である物質を含有するものであ
   ることを特徴とする現像剤担持体。