JPH0656522B2

JPH0656522B2 - 現像装置

Info

Publication number: JPH0656522B2
Application number: JP59183714A
Authority: JP
Inventors: 孝一斉藤; 和雄丸山; 恒雄野網; 亮一平野; 義彦藤村; 裕治末光; 徹岡本
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1984-09-04
Filing date: 1984-09-04
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPS6162078A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は現像装置、特に一成分現像剤を用いた新規な現
像装置に関する。

（従来の技術）従来、電子写真、静電記録等、静電潜像の現像装置とし
て、一成分現像装置が知られている。この装置は、現像
剤としてのトナー粒子が静電潜像を摺擦して現像する接
触型と、微小間隔をトナー粒子が飛翔、伸長して現像す
る非接触型と、に大別される。本発明は、前述した２つ
の現像装置のうち、後者に分類されるものである。

従来、提案されている非接触型の現像装置としては、例
えば、特公昭４１−９４７５号広報並びに特開昭５４−
４２１４１号、５４−４２１４２号、５４−４３０３６
号、５４−４３０３７号、５４−４３０３８号及び５４
−４３０２７号の各公開公報（特願昭５２−１０９２３
７〜１０９２４２号）等に提案されているように、予め
電荷を付与されたトナー粒子が、トナー搬送部材上に層
状に積載され、微小間隙を隔てて対向する静電潜像へ向
けて、飛翔或いは伸長する事により、現像を行なうもの
である。かかる装置では、接触型装置と比較して、背景
部にトナーが接触する事が極力抑えられるために、誤っ
た背景部汚染を防止できる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、かかるトナー粒子の飛翔、伸長を確実に
行なうためには、トナーの電荷を、安定に長期間維持し
なければならないが、従来提案されている摩擦帯電や電
荷注入部材からの電荷注入方式においては、このような
トナー電荷維持が困難である。すなわち、摩擦帯電方式
の場合には、摩擦帯電の環境依存性や、トナー粒子材料
と摩擦帯電部材との表面汚染等による帯電量の変化が知
られており、また、電荷注入方式の場合には、電荷注入
部材とトナー粒子との接触が、確率的にしか起こらず、
帯電分布の広がりや様々な静電的履歴現象等の問題を生
ずる。

本発明の目的は、かかる従来の非接触型現像剤装置の欠
点を改善し、背景部汚染を極力抑える事ができ、かつ、
環境安定性等、維持性に優れた新規な非接触型現像装置
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段および作用）本発明の現像装置は、静電潜像担持体に対向した現像搬
送部材上に導電性現像剤をほぼ単層に保持し、次いで、
この現像剤を静電潜像担持体と非接触状態となるように
現像領域に搬送し、静電潜像担持体と現像剤搬送部材と
の間に形成する電界により現像剤に静電潜像と反対極性
の電荷を誘導せしめ、静電潜像の画像部にのみ現像剤を
飛翔させて、現像する現像装置であって、前記現像剤搬
送部材の静電潜像担持体と対面する側に抵抗性の被覆層
が設けられ、静電潜像担持体の層厚ｄ_ｐ、静電潜像担持
体の比誘電率ε_ｐ、静電潜像担持体の表面電位Ｖ_Ｏおよ
び静電潜像担持体と現像剤搬送部材との間の空隙長ｄ_Ａ
がそれぞれ、１μｍ≦ｄ_ｐ≦１００μｍ、２≦ε_ｐ≦１
０、Ｖ_Ｏ≦１５００Ｖおよびｄ_Ａ≦５00μｍに設定さ
れ、前記現像剤の１０^４Ｖ／cmの電界下における体積抵
抗率が１０^８Ω−cm以下に設定され、前記抵抗性被覆層
の体積抵抗率が１０^３Ω−cm以上であってこの体積抵抗
率と前記抵抗体被覆層の層厚との積が１０⁸Ω−cm²以下
に設定されていることを特徴とする。

本発明においては、現像剤の体積抵抗率および現像剤搬
送部材の抵抗性被覆層の抵抗を特定の範囲に設定するこ
とにより、現像の画質を改善することができる。

従って、本発明によれば、背景部汚染がなく、画質の優
れた、長期的、環境的維持性に優れた現像装置を提供す
ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の現像装置の構成およ
び動作原理について説明する。

第１図 (a)、 (b)、 (c)には、本発明の実施例による現
像装置が示されている。

静電潜像１が形成された静電潜像担持体２は、導電性一
成分現像剤すなわちトナー３をほぼ単層に担持するトナ
ー搬送部材に対して、微少間隔５を隔てて対峙されてい
る。静電潜像担持体２の支持導体層６とトナー搬送部材
の支持導体層７が、第１図(a) に示す如く、電気的に接
続されて（図では、符号８で示す如く、電気的短絡で示
してあるが、定電圧源を介して接続しても良い）おり、
静電潜像担持体２とトナー搬送部材の間の現像領域に電
界が形成されている。トナー搬送部材の静電潜像担持体
２と対面する側には抵抗性の被覆層４が設けられてい
る。トナー３は、トナー搬送部材により静電潜像担持体
２と非接触状態となるように現像領域に搬送され、現像
領域内の電界の作用を受けて静電潜像と反対極性の電荷
が誘導され、それにより静電潜像の画像部へ向かって飛
翔してその画像部のみに付着するようになっいる。

第１図(a) に示すように、静電潜像担持体２の支持導体
層６とトナー搬送部材の支持導体層が、電気的に接続さ
れていると、静電潜像担持体２の表面にある電荷Ｑの反
対極性の対向電荷が２つの支持導体層に容量分配され
る。或いは、電気的接続８を通してトナー搬送部材の支
持導体層７に電荷が移動する。

この電荷−Ｑ_２は、トナー搬送部材を通し、トナー３に
注入される。（第１図(b)）、かくして、トナー３に電
荷が付与され、トナー３に働くクーロン力が、トナー３
をトナー搬送部材に保持しておこうとする力よりも大き
くなると、第１図(c) に見られるように、静電潜像１に
向けて、トナー３の飛翔が起こり、現像が完了する。

かかる現像方式によれば、トナー３は、予め電荷を与え
られない場合には、現像電界のみが、現像に寄与するト
ナー電荷を決定するので、トナー電荷の制御が不要であ
り、極めて維持性に優れた方式である事が認められる。
そして、トナーの搬送部材上での単層保持等の目的で予
め電荷を与えられる場合でも、現像に寄与するのは、現
像電界による誘導（注入）電荷である為に、前記のトナ
ー電荷制御は、予め飛翔に必要なトナー電荷を摩擦帯電
や電荷注入部材からの注入によって与えておく従来の方
式と比較して、精度を必要としない。

更に、本発明者は、本現像方式を種々検討した結果、ト
ナーの抵抗率、トナー搬送部材の抵抗性被覆層の抵抗
率、現像電界を特定の範囲に選択する事により、維持性
を保ったままで、背景部汚染を含めた画質を向上できる
ことを見出した。

前述のトナー抵抗率、トナー搬送部材の抵抗性被覆層の
抵抗率、現像電界は、第１図で説明した現像過程に於い
て、トナーに誘導される電荷量の時間的な変化、或いは
その大きさを決定していると考えられる。

これらの諸量間の関係は、相互に関与しあうものであっ
て、一義的に決定する事は困難であるが、静電潜像担持
体の材料や静電潜像の大きさ、微少間隔距離等を定める
と、これらの諸量間である特定の範囲で画質に優れた現
像を行なう結果から、現像に必要な時間内に必要な電荷
量をトナーに誘導するための条件が、これらの諸量間の
関係を定めているものと解される。

例えば、第２図に示されている電荷の誘導現像を等価回
路で考察するならば、第３図の如くあらわす事ができ
る。なお、第２図において、符号９は電荷である。

第３図(a) に於いて、Ｃ_ｐは予め帯電された静電潜像を
等価的にあらわす容量、Ｃ_Ａは静電潜像担持体とトナー
搬送部材の間の微少間隔すなわち空隙を等価的にあらわ
す容量、Ｃ_ｔ、Ｒ_ｔはそれぞれトナー１個を等価的にあ
らわす容量および抵抗、Ｒ_Ｄはトナー搬送部材の抵抗性
被覆層を等価的にあらわす抵抗である。

これらを単位面積当たりで換算すると、（ε_ｏ；真空の誘電率）（ε_ｐ；静電潜像担持体の比誘電率）（ｄ_ｐ；静電潜像担持体の層厚）（ｄ_Ａ；空隙長）Ｃ_Ｔ＝ｎＣ_ｔ（ｎ；単位面積当りのトナー個数）Ｒ_Ｔ＝Ｒ_ｔ／ｎＲ_Ｄ＝ρ_Ｄｄ_Ｄ（ρ_Ｄ；抵抗性被覆層の体積抵抗率）（ｄ_Ｄ；抵抗性被覆層の層厚）で表わされる。そして、第３図 (b)のようになる。

現像の開始を、第３図に図示したSWの閉塞による容量Ｃ
_ｐの放電現像と解するならば、空隙の容量Ｃ_Ａに誘起さ
れる電荷量Ｑは、で表わされる。ここで、ｔは、SWを閉じた後の時間をあ
らわし、、α、β、γは以下のような量である。

さて、Ｑ(t) は、空隙に誘起される電荷であって、第２
図を参照すると、トナー層の表面に誘導或は注入される
電荷である。従って、トナー層には、電界を生じている
空隙に向かっての応力（マクスウェルの応力）が働き、
これが、トナーをトナー搬送部材に保持している重力、
磁力、静電力、ファンデルワールス力、粘着力等を越え
ると、トナーの静電潜像への飛翔が起こる。

従って、Ｑ(t) の大きさを決定する諸量、空隙の電界を
決定する諸量が本発明の現像を支配する事が理解でき
る。

一般にＱ(t) は、第４図の如く変化する。Ｃ_Ａ、Ｃ_ｐ、
Ｖ_Ｏを一定と仮定し、Ｃ_Ｔ、Ｒ_Ｔ、Ｒ_Ｄを変えると、第
４図(a) のイ、ロ、ハの如く変化し、飛翔を起こすため
の条件をＱ(t) ＝Ｑとし、現像をおこす時間をＴとする
ならば、イの曲線を与える条件でのみ、現像が可能であ
る。

そして、例えば、イの条件のＣ_Ｔ、Ｒ_Ｔ、Ｒ_Ｄを選択し
たとしても、もし、Ｃ_Ａの値を変えていけば、Ｑ(t) に
ついて、第４図(b) のニ、ホ、ヘの如く、飽和値の増加
する速さも変わる。それ故、同一のＣ_Ｔ、Ｒ_Ｔ、Ｒ_Ｄで
あっても、Ｃ_Ａの選択如何により、現像できる場合と現
像できない場合とがある。同様の事がＣ_ｐ、Ｖ_Ｏについ
ても言えるのである。

本発明者の検討によると、特定の条件を設定する事によ
って、特に好適な現像を行うことができるようなこれら
の諸量を既定できる事がわかった。

まず、空隙については、任意の設定が考えられるが、厚
さ数μｍ乃至１００μｍ程度の静電潜像担持体（比誘電
率２〜１０）を表面電位１５００Ｖ程度以下に帯電して
使用する場合、空隙長をあまり大きくする事は、空隙容
量の低下を招き、誘導電荷量が小さくなり、このため、
現像ができなくなる。又、一方、静電潜像は、像状で形
成されているが、空隙が大きくなれにつれて、像状の静
電界が形成されなくなり、微細な潜像を現像できなくな
る事が認められた。

従って、上述の数値に対して、空隙長は、５００μｍ以
下、好ましくは、２00μｍ以下程度にしなければならな
い。

すなわち、１μｍ≦ｄ_ｐｑ≦１００μｍ２≦ε_ｐ≦１０Ｖ_Ｏ≦１５００Ｖｄ_Ａ≦５００μｍの範囲に設定される。

さらに本発明においては、後述するように従来の現像結
果と比較することにより次のような特定の条件を設定し
た。すなわち、前記現像剤の１０^４Ｖ／cmの電界下にお
ける体積抵抗率が１０^８Ω−cm以下に設定され、前記抵
抗性被覆層の体積抵抗率ρ_Ｄが１０^３Ω−cm以上であっ
てこの体積抵抗率ρ_Ｄと層厚ｄ_Ｄとの積（ρ_Ｄ×ｄ_Ｄ）
が１０^８Ω−cm^２以下に設定される。

（実施例）本発明の実施例として、第１図の構造の現像装置におい
て、支持導体層７として、従来からトナー搬送部材とし
て用いられている金属製のローラを用い、抵抗性被覆層
４として導電性ゴムの被覆層を用い、そして、この金属
製ローラと導電性ゴムの被覆層によりトナー搬送部材を
構成した。導電性ゴムの抵抗性被覆層としては、後述す
る表２に掲げらたもののうち、前記特定の条件を満たす
ａ〜ｇを用いた。

静電潜像担持体２として、層厚ｄ_ｐ＝６０μｍ、比誘電
率ε_ｐ＝6.3の電子写真用Ｓｅ感光体を表面電位Ｖ_Ｏ＝
８００Ｖに帯電し、像露光により、静電潜像を形成し
た。静電潜像担持体２を、空隙長ｄ_Ａ＝２００μｍに
て、トナー搬送部材と対峙させ、トナー搬送部材にトナ
ーをほぼ一層だけ付着させて搬送し、静電潜像に近接さ
せた。トナーとしては、後述する表１に掲げられたもの
のうち、前記特定の条件を満たすトナー１〜５を用い
た。

以下、この実施例の効果を従来例と比較することにより
前記特定の条件の設定の根拠を明らかにする。

(1) 従来例１として、上記実施例と同様に、ｄ_ｐ＝６０
μｍ、ε_ｐ＝6.3の電子写真用Ｓｅ感光体をＶ_Ｏ＝８０
０Ｖに帯電し、像露光により、静電潜像を形成した。

この静電潜像に、ｄ_Ａ＝２００μｍにて、従来のよう
に、トナー搬送部材としての金属製のローラに以下のト
ナーを略一層担持させて、近接させた。

トナーは、次に述べる測定方法によって抵抗率を測定
し、類別した。

第５図(a) に示すように、絶縁物（テフロン）１０に、
１cm^２の断面積になるように円筒状の穴をあけ、下に表
面を平滑にした真ちゅう製の電極９を挿入し、上方から
も電極間の距離が１００μｍになるように、真ちゅう製
の電極９が挿入できるようにした。このようなセルの電
極をあけて、トナーを詰めた。詰める量は、トナーの真
比重から0.9cm^３分の重さになるように、正確に秤量し
て求めた。なお、第５図(a) において、符号１１はパル
ス電源であり、符号１２は電流である。

電極間にパルス状の電圧を印加し、流れる電流は、非接
触型の電流プローブ（ソニーテクトロニクス社製、ＡＭ
５０３）を用いて測定した。印加するパルス電圧に対
し、流れる電流は、第５図(b) の如く、トナーによって
変化する。イのような場合、電流値から、ロの場合、過
渡応答解析と定常電流から、ハの場合には、過渡応答解
析から、トナー層の抵抗を求め、抵抗を１０倍にするこ
とにより、トナーの体積抵抗率とした。

なお、印加電圧をパルス状にしたのは、過渡応答解析す
るためと、抵抗抗トナーに通電しすぎてトナーを加熱す
るのを防止するためである。印加電圧は、１００Ｖを標
準的に選んだが、場合によって、変更した。

かかる測定方法によって、以下の表１の抵抗率を有する
トナーを選択した。なお、電界は、１０^４Ｖ／cmに設定
されている。

これらのトナーを用いて、約１００msecの間、前記感光
体と近接させたところ、トナー１〜３は、非常に優れた
現像像を与えたが、トナー４、５は、低濃度であり、ト
ナー６〜８は、全く現像しなかった。

(2) さらに、従来例２として従来例１と同様な構成で、
ｄ_ｐ＝３０μｍ、ε_ｐ＝３、機能分離型有機感光体Ｖ_Ｏ＝６００Ｖｄ_Ａ＝１００μｍのような条件にて、実験を行ったところ、トナー１〜４は優れた画質であり、トナー５、６は低濃度であり、トナー７、８は現像しなかった。

(3) そこで、前記本発明の実施例と同様に、金属製のロ
ーラに抵抗性被覆層として導電性ゴムを被覆したものを
トナー搬送部材として用い、導電性ゴムの体積抵抗率と
層厚を以下の表２のように変化させたものを用意した。

これらの抵抗性被覆層ａ〜ｊを用いて、前記と同様の実
験をくり返したところ、抵抗性被覆層ａ，ｂ，ｃ，ｄ
は、前記 (1)の結果を変えず、抵抗性被覆層ｅ，ｆ，ｇ
についてはトナー３の場合に、低濃度へ変化した。

一方、抵抗性被覆層ｈ，ｉ，ｊの場合は、トナー１だけ
が良好な画像となった。

上記の実験結果を参考として、本発明の実施例において
は、トナーの体積抵抗を比較的低く抑えて現像濃度を維
持しながらトナーによる背景部汚染を阻止するため、抵
抗性被覆層の条件をその体積抵抗率と層厚の積（ρ_ｐ×
ｄ_Ｄ）により特定している。すなわち、トナーの１０^４
Ｖ／cmの電界下における体積抵抗率が１０^８Ω−cm以下
に設定され、前記抵抗性被覆層の体積抵抗率が１０^３Ω
−cm以上であってこの体積抵抗率と抵抗性被覆層の層厚
との積が１０^８Ω−cm^２以下に設定されている。なお、
表２のうち抵抗性被覆層ｈ，ｉ，ｊの場合にも良好な画
像が得られるが、使用できるトナーがおよそ１０^２Ω−
cmという狭い範囲に限定されるため上記範囲からは除外
されている。

従って、本発明の実施例では、このような特定の条件を
設定しているので、背景部汚染がなく、画質の優れた、
長期的、環境的維持性に優れた現像装置を提供すること
ができる。

なお、本発明は、電子写真感光体だけでなく、誘電体上
に形成した静電荷像あるいは電圧が印加された電極にも
適用できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、現像剤搬送部材
の静電潜像担持体と対面する側に抵抗性の被覆層が設け
られ、静電潜像担持体の層厚ｄ_ｐ、静電潜像担持体の比
誘電率ε_ｐ、静電潜像担持体の表面電位Ｖ_Ｏおよび静電
潜像担持体と現像剤搬送部材との間の隙流ｄ_Ａがそれぞ
れ、１μｍ≦ｄ_ｐ≦１００μｍ、２≦ε_ｐ≦１０、Ｖ_Ｏ
≦１５００Ｖ及びｄ_Ａ≦５００μｍに設定され、現像剤
の１０^４Ｖ／cmの電界下における体積抵抗率が１０^８Ω
−cm以下に設定され、前記抵抗性被覆層の体積抵抗率が
１０^３Ω−cm以上であってこの体積抵抗率と層厚との積
が１０^８Ω−cm^２以下に設定されているので、導電性現
像剤の飛翔が確実であり、画質がよい。従って、従来の
非接触型現像装置の欠点を改善し、背景部汚染を極力抑
える事ができ、かつ、環境安定性等、維持性に優れた新
規な非接触型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(a)、(b)、(c)、第２図は本発明の実施例による
現像装置を示す説明図、第３図(a)、(b)は第２図の構成の等価回路図、第４図(a)、(b)は時間ｔと電荷量Ｑとの関係を示すグラ
フ図、第５図(a)はトナー抵抗率の測定法を示す説明図、第５図(b)は時間ｔとパルス電圧Ｖ、電流ｉとの関係を
示すグラフ図である。１……静電潜像、２……静電潜像担持体、３……トナ
ー、４……抵抗性被覆層、５……微小間隔、６、７……
支持導体層、８……電気的接続。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野網恒雄神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者平野亮一神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者藤村義彦神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者末光裕治神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (72)発明者岡本徹神奈川県海老名市本郷2274番地富士ゼロツクス株式会社海老名事業所内 (56)参考文献特開昭55−133071（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−118059（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−74427（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−34566（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−2060（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−117261（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像担持体に対向した現像剤搬送部材
上に導電性現像剤をほぼ単層に保持し、次いで、この現
像剤を静電潜像担持体と非接触状態となるように現像領
域に搬送し、静電潜像担持体と現像剤搬送部材との間に
形成する電界により現像剤に静電潜像と反対極性の電荷
を誘導せしめ、静電潜像の画像部にのみ現像剤を飛翔さ
せて、現像する現像装置であって、前記現像剤搬送部材の静電潜像担持体と対面する側に抵
抗性の被覆層が設けられ、静電潜像担持体の層厚ｄ_ｐ、静電潜像担持体の比誘電率
ε_ｐ、静電潜像担持体の表面電位Ｖ_Ｏおよび静電潜像担
持体と現像剤搬送部材との間の空隙長ｄ_Ａがそれぞれ、
１μｍ≦ｄ_ｐ≦１００μｍ、２≦ε_ｐ≦１０、Ｖ_Ｏ≦１
５００Ｖおよびｄ_Ａ≦５００μｍに設定され、前記現像
剤の１０^４Ｖ／cmの電界下における体積抵抗率が１０^８
Ω−cm以下に設定され、前記抵抗性被覆層の体積抵抗率
が１０^３Ω−cm以上であってこの体積抵抗率と層厚との
積が１０^８Ω−cm^２以下に設定されていることを特徴と
する現像装置。