JPH0486857A - 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］ （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関する。

（従来の技術） 一成分現像剤を用いる現像方式の一つに加圧現像方式（
Ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｄｅｖｅｒｏｐｓｅｎｔ）が知
られている。この加圧現像方式は、摩擦により帯電した
トナーを現像ローラの表面に静電的に吸着して搬送する
ことを特徴の一つとしている。そのため磁性材料が不要
で、装置の簡素化及び小型化、更にはトナーのカラー化
が容易になる等多くの利点を有している。

この加圧現像方式において、現像ローラを感光体ドラム
上の静電潜像に抑圧もしくは接触させて現像を行う場合
、現像ローラとしては弾性及び導電性を有するものが要
求される。特に感光体ドラムが剛体である場合は現像ロ
ーラを弾性体で構成することが必須条件となる。また周
知の現像電極効果やバイアス効果を得るため、現像ロー
ラの表面もしくは表面近傍に導電層を設け、必要に応じ
てバイアス電圧を印加することが好ましい。

このような現像方式を採用した現像装置において、トナ
ーは現像ローラとの接触摩擦により帯電して現像ローラ
の表面に静電的に吸着して搬送され、その後、現像剤薄
層形成手段であるブレードにより薄層化される。ここで
トナーはブレードと現像ローラとの間での摩擦により再
び帯電して、緻密なトナー層となって感光体ドラムとの
接触位置（現像位置）まで搬送される。そしてトナーは
感光体ドラムとの接触摩擦によって良好な画像を得るの
に十分な電荷を帯びた状態となって感光体ドラムの静電
潜像の上に転移する。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような現像装置では、静電潜像保持
体である感光体ドラムとの接触によるトナーへの帯電が
不十分であった場合、現像ローラ上からのトナー落ちや
地かぶりが発生し、画像の品位が低下してしまうことが
あった。

本発明はこのような課題を解決すべくなされたもので、
静電潜像保持体と現像ローラとの接触箇所で現像剤を十
分に帯電させることができ、これにより現像ローラ上か
らの現像剤落ちや地かぶりの発生を防止して、高画質な
画像を得ることのできる現像装置の提供を目的としてい
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上記の目的を達成するために、静電
潜像保持体に対向して配置された現像ローラと、この現
像ローラに現像剤薄層を形成する現像剤薄層形成手段と
を具備し、現像ローラに形成された現像剤薄層を静電潜
像保持体に近接または接触させることによって該静電潜
像保持体が保持する静電潜像を可視化する現像装置にお
いて、静電潜像保持体の表面の中心線平均粗さをＲｓ（
μｍ）、現像ローラの表面の中心線平均粗さをＲｄ（μ
ｍ）とすると、 Ｒｓ≦Ｒｄ の関係を満すことを特徴としている。

（作　用） 本発明の現像装置では、静電潜像保持体の表面の中心線
平均粗さをＲｓ（μｍ）、現像ローラの表面の中心線平
均粗さをＲｄ（μｍ）とすると、Ｒｓ≦Ｒｄの関係を満
足させることにより、静電潜像保持体と現像ローラとの
接触箇所で現像剤を十分に帯電させることができ、これ
により現像ローラ上からの現像剤落ちや地かぶりの発生
を防止して、高品位な画像を得ることができる。

（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図は本発明に係る一実施例の接触型−成分非磁性現
像装置（以下、単に現像装置と呼ぶ。）の全体構成を示
す断面図である。

同図に示すように、この現像装置１ｏは、静電潜像保持
体である感光体ドラム１１表面に形成された静電潜像の
上に現像剤である非磁性トナー（以下、単にトナーと呼
ぶ。）Ａを転移させて静電潜像を可視化するための現像
ローラ１２と、トナーＡを収容したトナー収容器１３と
、このトナー収容器１３内のトナーＡを撹拌するミキサ
ー１４と、トナー収容器１３内のトナーＡを現像ローラ
１２に供給するトナー供給ローラ１５と、現像ローラ１
２表面にトナー薄層を形成するための現像剤薄層形成手
段であるブレード１６とがらその主要部が構成されてい
る。

次にこの現像装置１０における現像プロセスについて説
明する。

トナー容器１３内に収容されたトナーＡは、ミキサー１
４により撹拌されつつトナー供給ローラ１５に送られ、
さらにこのトナー供給ローラ１５により現像ローラ１２
に供給される。ここで、トナーＡは、回転する現像ロー
ラ１２との表面摩擦により負に帯電し現像ローラ１２の
表面に静電的に吸着して搬送される。この後、現像ロー
ラ１２表面に付着したトナーＡは、ブレード１６により
その搬送量が規制されて薄層化されると同時に、現像ロ
ーラ１２及びブレード１６との摩擦により再び摩擦帯電
して緻密なトナー層となって搬送される。この後、現像
ローラ１２の表面に付着したトナーＡは、感光体ドラム
１１との接触箇所で十分な帯電を与えられた後、感光体
ドラム１１表面の静電潜像の上に転移する。これにより
静電潜像が可視化される。転移しなかった現像ローラ１
２表面のトナーＡは、リカバリーブレード（マイラーフ
ィルム）１７を擦り抜はトナー容器１４内に戻る。

ところで、この実施例では、負帯電の有機感光体ドラム
１１を使用した反転現像方式を採用しているため、トナ
ーＡとして負帯電性のトナーが用いられ、ブレード１６
としてはトナーＡを負帯電させやすい材質のものを使用
している。また感光体ドラム１１の表面電位は一５５０
Ｖであり、これに対して現像ローラ１２の金属シャフト
１２ａへは、現像バイアス電位として一２００Ｖが保護
抵抗を介して印加されている。また現像ローラ１２は、
感光体ドラム１１の表面と常に１〜５ｍｍ程度の接触幅
（現像ニップ）を有しながら、感光体ドラム１１の回転
速度に対し約１〜４倍径度の速度で図中矢印ａ方向に回
転している。

なお、上述の現像プロセスにおいて何らかの原因で現像
ローラ１２からトナーＡが落ちると本体装置内または転
写紙を汚してしまうため、本実施例では、トナーＡを溶
着させるような可塑剤等からなるトナー溶着部材１８を
現像袋ｆ１０の下部に取付けている。またこれにより、
現像装置１０を上下反対に置いた場合でもトナーＡの散
乱を防ぐことができる。

上記のブレード１６は、第１のブレードホルダ１６ａ１
スペーサ１６ｂ及び第２のブレードホルダ１６ｃにより
装置本体に支持されている。また１９は第１のブレード
ボルダ１６ａに取付けられブレード１６の裏面との間に
モルトブレン等からなる発泡材２０を挟持するためのバ
ッフル板である。このようにバッフル板１９とブレード
１６の裏面との間に発泡材２０を挟持することで、トナ
ー容器１３からのトナーＡの漏れやブレード１６の振動
を防止している。

またこのブレード１６は、その先端部分（チップ１６２
）で現像ローラ１２の表面を適宜な力で押圧するよう、
回転軸２１を支点として複数の圧縮スプリング２２によ
り常時付勢されている。これら圧縮スプリング２２のバ
ネ定数はブレード１６（薄板バネ材１６１）のバネ定数
よりも低いため、前記先端部分（チップ１６２）が摩耗
してもほとんどその加圧力には変化はない。

またこの実施例では、トナーＡとして、エポキシ系樹脂
にカーボン、帯電調整剤及びワックスを混練・分散し、
粉砕分級したものを使用した。トナーＡの体積平均粒径
はコールタレクトロニクス社製ＴＡ−ＩＩ型コールタカ
ウンタにより測定した結果、１１，５μｍであった。

次に上記した現像ローラ１２について詳細に説明する。

第２図は現像ローラ１２を示す斜視断面図である。

この現像ローラ１２に要求される特性としては、“導電
性及び弾性を有する”ということである。

これを満足する最も簡単な構成としては、例えば金属シ
ャフトの外周を導電性ゴムローラで覆ったもの等が挙げ
られるが、この実施例の現像方式では、トナーを現像ロ
ーラ１２の表面に圧接させつつ搬送することから表面の
平滑性が要求される。

そこで、この実施例の現像ローラ１２は、金属シャフト
１２ａの外周に弾性体層１２ｂを設け、さらにこの弾性
体層１２ｂの表面に導電性ポリウレタン系の導電層１２
ｃを設けた二層構造とされている。

尚、弾性体層１２ｂとしては、導電性のものとそうでな
いものが考えられるが、導電層１２ｃに剥離や傷が生じ
る場合を考慮して導電性のものの方が望ましい。

また弾性体層１２ｂのゴム硬度は、現像ローラ１２と感
光体ドラム１１との間に適当なニップ幅を得るための荷
重や現像ローラ１２のトルクに直接影響を与える要素と
なる。また、梱包時や長時間の放置によるＪＩＳ規格に
６３０１に示される永久歪については、これが１０％を
越えると画像に現像ローラ回転周期のムラが生じるので
、弾性体層１２ｂの圧縮歪は１０％以下、望ましくは５
％以下としなければならない。ゴム硬度と永久歪との関
係は一般にゴム硬度が高い程永久歪は小さくなるという
傾向があるので、材料と相互のバランスが重要となる。

以上、弾性体層１２ｂに要求される特性をクリアするも
のとして本実施例では導電性シリコンを選択したが、他
にも導電性ＥＰＤＭゴムや導電性ウレタンゴム等も要求
される特性をクリアするものとして利用できる。

導電性シリコンからなる弾性体層１２ｂは、ＪＩｓ規格
に６３０１のＡ型硬度針で２８＠の硬度を有し、弾性ロ
ーラとしての外径は１８ｍｍである。また導電性シリコ
ンの電気抵抗値は、こ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２ｍｍ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
設けたときに観測される電流を測定することにより算出
した結果３．４Ｘ１０″Ω・ｃｍであった。また永久歪
はＪＩＳ規格に６３０１に示される測定方法を用いて測
定した結果１．８％であった。

さらに、導電層１２ｃは直接トナーや感光体ドラム１１
と接触されるため、可塑剤、加硫剤、プロセスオイル等
のしみ出しによりトナーや感光体ドラム１１表面を汚染
しないものに限り、その表面の平滑性についてはＪＩＳ
規格ＢＯ６０１に示される中心線平均粗さが５μｍ　Ｒ
ａ以下、最大高さが１０μｍＲｍａｘ以下が望ましく、
それ以上になると表面の凹凸の模様が画像に現れやすく
なる。

これらの条件を満す現像ローラ１２を実現するためには
、弾性体層１２ｂの上に膜厚の十分な導電層１２ｃを付
けた後、後加工（研磨）により所定の外径、表面粗さに
仕上る方法が考えられるが、この方法だとコストが高く
なる。そこで、後加工を要することなく仕上げる方法が
望まれるが、そのためには弾性体層１２ｂの表面粗さ、
導電層１２ｃの膜厚、及び導電層１２ｃを形成するため
の塗料の粘度を最適に選択しなければならない。すなわ
ち、塗料の粘度が低いものほど、かつ弾性体層１２ｂの
表面粗さが大きいほど、導電層１２ｃの膜厚を大きくし
なければならない。

第３図乃至第５図に代表的な導電層塗料の塗布方法を示
す。

第３図はスプレーによる塗布方法、第４図はディッピン
グによる塗布方法、第５図はナイフェツジによる塗布方
法である。

それぞれ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、
要求される導電層１２ｃ表面の平滑度（中心線平均粗さ
が５μｍＲａ以下、最大高さが１０μｍＲｍａｘ以下）
を実現するために必要な塗料の膜厚Ｔ（μｍ）は、弾性
体層１２ｂの最大表面粗さをＳ（μｍＲａ）とすれば、
スプレー法においては　≧ｌ０ＸＳ、ディッピング法及
びナイフェツジ法においてはＴ≧５ＸＳを満足すれば可
能となる。

この実施例では、導電層１２ｃを形成するための塗料と
して、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・Ｃｍの導電性を持つ導電性
ポリウレタン塗料を、採用した。そして以下の工程によ
り導電性シリコンからなる弾性層１２ｂの表面に導電性
ポリウレタン塗料を塗布し、乾燥後、熱処理を行って導
電層１２Ｃを形成した。

まず導電性ポリウレタン塗料として日本ミラクトロン■
社製の商品名“スパレツクスＤ）１２０Ｚ３１３″を用
い、これにメチルエチルケトン（ＭＥＫ）とテトラヒド
ロフラン（ＴＨＦ）を１：１の割合で混合した希釈溶剤
を等全添加する。“スパレックスＤＨ２０２３１３“は
熱可塑剤ポリウレタンをベースにした溶液タイプの導電
性ポリウレタン塗料である。この希釈された塗料を十分
に撹拌した後、溶剤で洗浄した弾性体層１２ｂの表面に
ディッピング法を用いて塗布を行う。尚、このディッピ
ング法における処理材の引き上げ速度は５．５ｍｍ／ｓ
ｅｃとした。この後、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
厚的８０μｍの導電層１２ｃが得られた。導電層１２ｃ
の層厚はディッピング法の引き上げ速度や、溶剤の粘性
を変化させることにより１０μｍ〜３００μｍの範囲ま
で変更可能である。

以上の工程により得られた現像ローラ１２表面の中心線
平均粗さを第６図に示す装置を用いて測定した。この装
置は（株）小板研究所製の商品名“サーフコーグ５Ｅ−
４０Ｄ″接触型表面粗さ計であり、検出器２０１、増幅
演算装置２０２、記録計２０３及び被測定物支持体２０
４で構成されている。この装置を用いて現像ローラ１２
表面の中心線平均粗さを測定する場合は、現像ローラ１
２を被測定物支持体２０４の上に乗せて検出器２０１の
接触針２０５を現像ローラ１２の表面に所定の圧力で接
触させる。接触針２０５で得られた現像ローラ１２表面
の粗さの状態は増幅演算装置２０２を経て記録計２０３
に出力される。尚、ここでいう中心線平均粗さＲａとは
、第７図に示すように、粗さ曲線ｆ　（ｘ）からその中
心線の方向に測定長さしの部分を抜き取り、この抜き取
り部分の中心線をＹ軸、縦倍率の方向をＹ軸とし、粗さ
曲線をＹ−ｆ（ｘ）で表したとき、次の式によまたδＩ
ＩＩ定条件は以下の通りである。

カットオフ値（ｍｍ）：０．８ ｆｉｌｌ定長さ（ｍｍ）　　　　：２．５これらの条件
の下で測定した結果、現像ローラ１２表面の中心線平均
粗さＲａは４．２μｍであった。

またこの現像ローラ１２は、金属シャフト１２ａと導電
層１２Ｃとの間の抵抗値が５Ｘ１０”Ω”ｃｍ、ゴム硬
度がＪＩＳ規格に６３０１のＡ型硬度針で３６°の硬度
を有している。

一方、感光体ドラム１１は、ここては外径が５Ｑｍｍの
アルミ素管上に、それぞれ以下に示す材料からなるＣ０
層、ＣＴ層を順に重ねて構成した機能分離型感光体いわ
ゆるＯＰＣを使用した。

Ｃ０層：バインダー・・・フェノキシ樹脂ＣＧＭ　　　
・・・ヒドラゾン誘導体 ＣＴ層：バインダー・・・ポリエステルカーボネートＣ
ＴＭ　　　・・・ヒドラゾン誘導体 またアルミ素管表面は干渉縞対策としてメ・ソシュ＃４
０００の研磨剤を用いてサンドブラスト処理を施してい
る。

この感光体ドラム１１表面の中心線平均粗さＲａを前述
の表面粗さ測定装置を用いて測定したところ０．８μｍ
であった。

第８図は感光体ドラム１１表面の中心線平均粗さをＲｓ
（μｍ）、現像ローラ１２表面の中心線平均粗さをＲｄ
（μｍ）としてＲｓ　／　Ｒｄの値を変化させ、その都
度画像データを採取したときの紙上かぶりの変化を示し
たグラフである。

このグラフから明らかなように、Ｒｓ≦Ｒｄを満たす範
囲においては紙上かぶりがほとんどなく良好な画像が得
られることが確認された。

また、トナーに十分な帯電を与えるためには、現像ロー
ラ１２とブレード１６及び感光体ドラムコ１との現像ニ
ップ幅を大きくとった方が有利である。このためには現
像ローラ１２は柔かい方が有利であるが、現像ローラ１
２を柔かくしすぎると、ブレード１６及び感光体ドラム
１１との接触箇所において歪みが発生し、また前記の現
像ニップ幅をあまり大きくするとその分ブレード１６及
び感光体ドラム１１の現像ローラ１２に対する押圧力を
大きくする必要があるため、耐久性が低下したり、現像
器用モータのトルクを上げる必要が生じる等の問題がで
てくる。

第９図は現像ローラ１２のゴム硬度を１５°から８０’
まで変化させて画像データを採取したときの画像濃度と
紙上かぶりの関係を示したものである。

このグラフから、現像ローラ１２のゴム硬度が２０″以
下のときと７０°以上のときに画像濃度が低下し、さら
には紙上かぶりも急激に上昇していることが分る。すな
わちこれは、現像ローラ１２のゴム硬度が２０″以下で
は、現像ローラ１２と感光体ドラム１１との密着性が高
くなりすぎて現像ニップ幅内でのトナーの転がりが発生
し、トナーに十分な帯電を与えられないためと思われる
。

またゴム硬度が７０°以上では、現像ローラ１２を回転
させているモータの負荷が大きくなり現像ローラ１２の
回転数が遅（なったことが原因と思われる。

このことから、現像ローラ１２のコム硬度ハ２０”から
７０″の範囲が望ましいことが明らかになった。

またブレード１６は、５０ｇ／ｃｍの線圧で現像ローラ
１２に押圧されるようにしたが、５ｇ／ｃｍから２５０
　ｇ　／　ｃ　ｍの範囲ならば良好なトナー層が形成さ
れることも実験により確認された。

さて、以上のような現像装置１ｏを、表面が負に帯電さ
れたを機感光体にレーザビームを照射することにより潜
像を形成しこれを反転現像法により可視像化するいわゆ
るレーザプリンタに適用し、画像部電位すなわち露光部
電位を一４０Ｖ、非画像部電位すなわち未露光部電位を
一５５０Ｖ、現像バイアスを一２００Ｖ、感光体ドラム
１１との接触幅を２ｍｍ、現像ローラ１２の周速を感光
体ドラム１１の２．５倍として反転現像を実行したとこ
ろ、画像濃度１．４で紙上がぶりか全くなく極めてシャ
ープなライン画像を有する印字サンプルを得た。またこ
の現像装置１ｏにおいて２万枚のライフテストを行った
ところ、ライフ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かできた。

以上のことから、トナー落ちや地かぶり等の無い高品位
の画像を得るためには、感光体ドラム１１表面の中心線
平均粗さＲｓ（μｍ）と現像ローラ１２表面の中心線平
均粗さＲｄ（μｍ）との間においてはＲｓ≦Ｒｄの関係
を満たし、さらに好ましくは、現像ローラ１２のゴム硬
度が２０＠から７０６の範囲にあればよいことが確認さ
れた。

なお、本実施例の現像装置は、感光体ドラム１１に負帯
電有機感光体を用いて反転現像を行うものであるが、正
帯電有機感光体や無機感光体を用いて正規現像を行う現
像装置にも本発明は適用可能である。

また、現像ローラ１２の弾性体層１２ｂに抵抗体を用い
たり、導電層１２ｃの上に抵抗層を形成し、保護抵抗を
介さず直接金属シャフト１２ａに現像バイアスを給電す
る方式の現像装置にも本発明は同様に応用することがで
きる。

さらに、本実施例においてブレード１６は、現像ローラ
１２の回転に対してアゲンストの位置で支持されている
が、現像ローラ１２の回転に対してウィズの位置で支持
するようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、静電潜像保持体と
現像ローラとの接触箇所で現像剤を十分に帯電させるこ
とができ、これにより現像ローラからの現像剤落ちや地
かぶりの発生を防止して、高品位な画像が得られる現像
装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の現像装置の全体構成を
示す断面図、第２図は第１図の現像装置における現像ロ
ーラの構成を説明するための斜視断面図、第３図乃至第
５図はそれぞれ第２図の現像ローラにおける代表的な導
電層塗料の塗布方法を示す図、第６図は表面粗さ測定装
置の構成を概略的に示す図、第７図はＪＩＳ規格上の中
心線平均粗さについて説明するための図、第８図は現像
ローラ表面の中心線平均粗さに対する感光体ドラム表面
の中心線平均粗さの比と紙上がぶりとの関係を示すグラ
フ、第９図は現像ローラのＪＩＳ規格上におけるゴム硬
度と画像濃度および紙上がふりの発生回数との関係を示
したグラフである。 １０・・・・・・現像装置 １１・・・・・・感光体ドラム １２・・・・・・現像ローラ １６・・・・・ブレード 出願人　　　　　株式会社　東芝 同　　　　　　東芝インテリジェントテクノロジ株式会
社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　静電潜像保持体に対向して配置された現像ローラと、
   この現像ローラに現像剤薄層を形成する現像剤薄層形成
   手段とを具備し、前記現像ローラに形成された現像剤薄
   層を前記静電潜像保持体に近接または接触させることに
   よって該静電潜像保持体が保持する静電潜像を可視化す
   る現像装置において、 前記静電潜像保持体の表面の中心線平均粗さをＲｓ（μ
   ｍ）、前記現像ローラの表面の中心線平均粗さをＲｄ（
   μｍ）とすると、 Ｒｓ≦Ｒｄ の関係を満すことを特徴とする現像装置。