JPH0488380A - 静電潜像現像方法 - 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、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−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静電潜
像現像方法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た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
像剤によっ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、現像剤担持体に内設した
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離しい。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、かがる−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
ｍ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）、Ｍｍ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
５３−３６２４５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．
１−０．３＋ａｇ／ｃＢ”であるが、転写紙上には０．
４−０．５１１ｇ／ｃｍ”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が、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　、２
ｍｇ／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〜ＺＯμＣ／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「回転粁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。

かかる方法は、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増大させることができ、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〕

本発明の目的は、前記の現像剤担持体表面の近傍に多数
のマイクロフィールドを形成し、このマイクロフィール
ドによってトナーを前記担持体上に保持した後、現像領
域において静電潜像を現像する方法において、現像領域
において現像剤担持体表面と静電潜像担持体表面との間
に一定間隔を維持管理するという設計上面倒な手段を要
することなく、現像領域において、現像剤担持体表面と
静電潜像担持体表面とを接触させ、しかも安定した摩擦
帯電性が得られ、現像剤担持体表面上の大きなマイクロ
フィールドにより安定したトナーの多層薄層を形成する
ことができ、高品質画像が得られる現像方法を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、少なくともその表面に、絶縁性微小領域がそ
れぞれ独立して多数設けられた導電性エラストマーから
なる表面弾性層を有する現像剤担持体を回動せしめ、該
現像剤担持体表面に、必要に応じて補助剤を外添したト
ナーよりなる一成分系現像剤の溜め部から、前記現像剤
担持体表面に前記現像剤を供給するための導電性の現像
剤供給部材と接触せしめることにより、現像剤を供給す
ると共に、前記絶縁性領域に摩擦帯電せしめ、これによ
り現像剤担持体表面上に微小閉電界を形成し、この微小
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
、次いで前記現像剤担持体と静電潜像を担持する潜像担
持体とを接触せしめることにより、前記静電潜像を顕像
化する静電潜像現像方法であって、摩擦帯電系列上、現
像剤−供給部材−絶乾性領域部の順としたことを特徴と
する静電潜像現像方法を提供するものである。

本発明の現像方法により、金属製ドラム上に光導電性を
設けた感光体の如き剛体の潜像担持体と現像剤担持体と
の間の精密なギャップ維持管理等の必要性がなく、設計
許容度を広くすることができるし、しかも安定した摩擦
帯電が得られ、大きなマイクロフィールドにより安定し
たトナーの多層薄層が形成され、高品質画像が得られる
。

以下、かかる静電潜像現像方法について説明する。

第１図にこの現像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６０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）４０に
強制的に寄せられ、トナー６０はトナー供給部材４０に
供給される。一方、現像を終了した現像剤担持体（現像
ローラ：例えば２０φ）２０は、矢印の方向に回転（例
えば１０１００ｒｐ　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６７ｒｐｍ）　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、現像剤担
持体２０と潜像担持体１０とをその表面において同方向
となるよう回転接触させて（潜像担持体の回転速度：例
えば１２０ｒｐｍ）、潜像担持体１０上の潜像が現像さ
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９０などを印加して、最適な画像を制御する
ことができる。また、現像領域における現像剤担持体表
面の表面弾性層の変形量を該弾性層の厚さの３７１０以
下で行なうよう設定することが、現像剤担持体全体の変
形を起し難く、また接触による振動発生を抑えるために
好ましい。

次に、本発明の現像方法における現像剤担持体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。第２図は本発明で使用される現像剤担持体の表面の
代表的な構成例（表面の拡大部分断面図）であり、その
表面に導電性材料からなる導電部と絶縁性粒子からなる
誘電部とが微小面積で混在するように構成されている。

トナー付着のメカニズムは、基本的には現像剤担持体、
トナー供給部材及びトナーの摩擦帯電で考えられる。ト
ナーと現像剤担持体誘電部とは摩擦帯電系列が離れてお
り、トナー供給部材はその中間に位置し、導電性であれ
ば下記のように安定した帯電になり、マイクロフィール
ドが発生し、多層薄層が得られる。

トナーの帯電極性を正の帯電とする。トナーはトナー供
給部材の孔部にまた表面に存在する。最適な帯電状態は
トナー供給部材と現像剤担持体誘電部との摩擦で現像剤
担持体誘電部は負に帯電する。また、トナーとトナー供
給部材との帯電では。

トナーが正に帯電する。そしてトナーと現像剤担持体誘
電部との摩擦ではトナーが正に、現像剤担持体誘電部が
負に帯電する。

両極性の帯電に寄与するトナー供給部材は、導電性であ
れば更に帯電は安定する。その結果、安定した帯電と多
層薄層が得られる。

従って、上記の帯電系列のように各部材を設定すること
により安定した摩擦帯電が得られ、大きな微小電界（マ
イクロフィールド）により安定した多層薄層が得られ、
その結果、高画質現像の可能な潜像担持体（感光体）と
現像剤担持体の等速現像が可能となる。

また１本発明の現像方法においては、現像剤担持体の１
＃＠縁性領域（誘電部）として、比誘電率が４以下の絶
縁性粒子材料からなる現像剤担持体を使用すると、より
安定した摩擦帯電による大きなマイクロフィールドが得
られ、より安定した多層薄層が得られるので非常に好ま
しい。

詳しく言うと、摩擦帯電は二つの材料が接触し２面が摩
擦されると境界面に電気二重層が生じる。

この電気二重層の電荷は界面が分離されるときそれぞれ
の表面に保存され、摩擦電気となる。摩擦の作用は、接
触面積を増加させる効果が大きい。

以上が摩擦帯電の定義の概略であり、摩擦による電荷は
物体の表面に存在する。

従って、現像剤担持体上の電界を大きな電界とし、トナ
ーのホールド力を大きくすることが重要となる。ところ
が、摩擦によって発生した現像剤担持体表面の電荷によ
る電界は、現像剤担持体誘電部の誘電率に大きく依存し
、該誘電率を４以下に設定することによって、より安定
した摩擦帯電による大きな微小電界（マイクロフィール
ド）が得られ、より安定した多層薄層が得られる。

その結果、高画質現像の可能な潜像担持体と現像剤担持
体の等速現像が可能となる。

次に、本発明で用いる現像剤担持体について説明する。

本発明で用いる現像剤担持体は、前記したように、弾性
を有するものであり、代表的な構造例としては、導電性
基体上に絶縁性粒子を分散した弾性を有する導電性材料
からなる表面層が形成されているという構成になってい
る。導電性材料としては、１０１２Ω・Ｃｌ１ｌ以下、
好ましくは１０′′Ω・Ｃｍ以下のものが使用される。

具体的にいうと、ゴム材料（エラストマー）中に導電性
付与剤を添加したものが挙げられる。ゴム材料の具体例
としては以下のものが挙げられる。

スチレン−ブタジェンゴム（ＳＢＲ）、ブタジェンゴム
（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、ニトリル−ブタジ
ェンゴム（ＮＢＲ）、ニトリル−イソプレンゴム（ＮＩ
Ｒ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）などのジエン系ゴム；
ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレンゴム（Ｅ
ＰＭ、ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレン（Ｃ
５Ｍ）などのオレフィン系ゴム；エピクロルヒドリンゴ
ム（ＣＨＲｌＣＨＣ）などのエーテル系ゴム；その他シ
リコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ウレタンゴ
ム、更にはスチレン系、オレフィン系、ポリ塩化ビニル
系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、フッ
素系、塩素化ポリエチレン系などの熱可塑性エラストマ
ーなどのエラストマー材料。

また、導電性付与剤としては、Ｎｉ、　Ｃｕなとの金属
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
っきを施した無電界めっき物；グラファイト、金属繊維
、炭素繊維などの無機系充填剤や界面活性剤などが挙げ
られる。

更に、ポリエチレンオ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。

一方、絶縁性粒子材料としては、１０１３Ω・Ｃｍ以上
、好ましくは１０１４Ω・Ｃｍ以下のものが使用される
。また、その平均粒径としては、３０戸以上、好ましく
は５０ｐｒｒ１以上が良い。３０μｓ未満では、マイク
ロフィールドが形成し難く、安定したトナーの付着や帯
電が得られない。なお、定形、不定形を問わないが、不
定形のものを用いる方が、絶縁性粒子が容易には、弾性
導電性材料から離脱することがないという点で優れてい
る。

これらの具体的な材料としては、アルミナ、ベリリア、
マグネシア、窒化けい素、窒化はう素、ムライト、ステ
アタイト、フォルステライト、ジルコン、コージェライ
トなどの無機粒子や、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリ
コーン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチ
レン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエチレ
ン樹脂などの有機粒子が挙げられる。

また、絶縁性粒子としては、ニジストマーを用いること
が好ましい。この場合のエラストマーとしては、導電性
エラストマーに用いるエラストマーとして例示されたと
同様の材料が使用される。

絶縁性エラストマー粒子を製造するには、エラストマー
をドライアイスなどで凍結した後、粉砕し粉末化する方
法、グラインダーにかけて粉砕し粉末化する方法、界面
活性剤などを用いて水性エマルジョンを形成した後、硬
化する方法など、公知の方法が採用される。

なお、導電性材料やＭＡ縁性粒子に使用するニジストマ
ーとしては、低硬度性、耐環境性、離型性などの点から
、特にシリコーンゴムが好ましい。

導電性材料に対する絶縁性粒子の添加量は、導電性材料
１００重量部に対して、１０〜２００重量部の範囲で適
宜選択される。現像剤担持体の表面絶縁部の面積は、５
０〜８０％の範囲が好ましく、該担持体作製後この範囲
内になるように、絶縁性粒子添加量を適宜調節する。

次に、本発明で用いる現像剤担持体の作製方法について
説明する。第２図に示される表面を有する現像剤担持体
は、前記の導電性材料に前記の絶縁性粒子を、ボールミ
ル、練り込みなど通常の分散方法に基いて添加した後、
該混合材料を射出成型、押し出し成型、スプレーコーテ
ィング、ディッピングなどの工法により、ＳＵＳ、鉄、
昼などの金属ローラに代表される導電性基体上に成型し
、その後表面が平滑になるように研磨を施すことによっ
て作製された例である。

なお、導電性材料と導電性基体との接着性を向上するた
めに、プライマーを使用することも可能であり、この場
合プライマーは導電性であることが好ましい。

前述した現像剤担持体の構造例の他、現像剤担持体表面
近傍にマイクロフィールドを形成する方法として、現像
剤担持体表面をＩｉ！縁性で構成しておき、−様な微／
Ｉ＼電荷パターンを直接付与する方法もあり、その場合
には、前記絶縁性表面層を弾性ゴム材料で構成させてお
けばよい。

現像剤担持体と潜像担持体とを第１図に示すように同方
向に且つほぼ同一の速度で回転させながら現像する場合
には、現像剤担持体としての圧縮永久歪（ＪＩＳ　Ｋ６
３０１による）を２５％以下とすることが好ましい。こ
れにより現像剤担持体上に充分な量のトナーを担持、搬
送させることができる上に、両担持体との接触回動によ
る振動の発生を抑えることができ、現像濃度ムラの発生
がないという利点を有する。

〔発明の効果〕

請求項（１）の現像方法は、前記のような構成としたこ
とから、現像領域において現像剤担持体表面と静電潜像
担持体表面との間に一定間隔を維持管理するという設計
上面倒な手段を必要としない上に、本方法によると安定
した摩擦帯電が得られ、そのため現像剤担持体表面上に
大きな微小電界（マイクロフィールド）が生じるので、
安定したトナーの多層薄層が形成され、その結果高品質
の画像を得ることができる。しかも、潜像担持体と現像
剤担持体の等速現像によって、高画質現像を達成できる
。

請求項（２）の現像方法は、現像剤担持体の１！縁性領
域の比誘電率を４以下としたことにより、本方法による
とより大きなマイクロフィールドが得られ、より安定し
たトナーの多層薄層が形成される。

【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
現像剤担持体部を仲春とした模式断面図である。また、
第２図は本発明に使用される現像剤担持体表面の模式部
分断面図である。 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、９０・・・バイアス。 特許出願人　株式会社　リ　　コ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともその表面に、絶縁性微小領域がそれぞ
   れ独立して多数設けられた導電性エラストマーからなる
   表面弾性層を有する現像剤担持体を回動せしめ、該現像
   剤担持体表面に、必要に応じて補助剤を外添したトナー
   よりなる一成分系現像剤の溜め部から、前記現像剤担持
   体表面に前記現像剤を供給するための導電性の現像剤供
   給部材と接触せしめることにより、現像剤を供給すると
   共に、前記絶縁性領域に摩擦帯電せしめ、これにより現
   像剤担持体表面上に微小閉電界を形成し、この微小閉電
   界により前記現像剤を現像剤担持体表面に担持させ、次
   いで前記現像剤担持体と静電潜像を担持する潜像担持体
   とを接触せしめることにより、前記静電潜像を顕像化す
   る静電潜像現像方法であって、摩擦帯電系列上、現像剤
   −供給部材−絶縁性領域部の順としたことを特徴とする
   静電潜像現像方法。
2. （２）前記絶縁性領域の比誘電率が４以下である請求項
   （１）記載の静電潜像現像方法。