JPH0748123B2

JPH0748123B2 - 現像装置

Info

Publication number: JPH0748123B2
Application number: JP63128950A
Authority: JP
Inventors: 一雅林; 尚美石橋; 広則小野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2010-05-24
Also published as: JPH01297688A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、一成分絶縁性磁性現像剤を用いて静電像を可
視化し、常に安定した可視像が得られる現像装置に関す
るものであり、更に詳言すれば、一成分絶縁性磁性現像
剤を静電像保持部材に接触させて同時に交流バイアスを
印加して現像する特開昭62−151876号公報の改良に関す
るものである。

従来の技術一般に静電像を現像する方法には、現像剤がトナーとキ
ャリアから構成される二成分現像方法と、トナー単体で
構成される一成分現像方法とがある。二成分現像方法で
は、可視像となるトナーはキャリアと異なる帯電極性を
持ち、現像装置内でキャリアと攪はんされることにより
比較的安定した帯電が行われ、一定の電荷量を持つ。し
かしながらキャリアに寿命があるために、一定期間で現
像剤を取り替えなくてはならず、またトナーは現像毎に
消費されるが、キャリアは殆ど消費されることがなく、
安定した最終画像を得るためには、トナーとキャリアの
混合比を一定に保つ装置が必要であった。またトナーと
キャリアとの摩擦帯電を担う攪はん装置を現像装置内に
設ける必要があった。

近年ではこの問題点を解決するために、数多くの現像装
置で一成分現像方法が取り入れられている。例えば英国
特許第1396979号公報にみられるようなトナーを導電部
材間の高電場下において物理的に急速攪乱することによ
りトナーに注入帯電が行われることを利用した現像法
や、米国特許第4102305号公報に記載されているような
一定以上の電界を印加すると抵抗値が急激に低下する現
像剤を用いて静電像保持部材と現像剤保持部材との間に
交番電界を発生させ静電像を可視化する現像法や、米国
特許第4259427号公報に記載されているようなトナー粒
子相互の摩擦によりトナーを帯電させ静電像を現像する
方法や、米国特許第4292427号公報に記載されているよ
うな現像剤層を静電像保持部材に直接接触させずに非接
触の状態で、静電像保持部材と現像剤保持部材との間に
交番電界を発生させトナーを選択的に飛行させ現像する
方法などがある。

発明が解決しようとする課題このようなキャリアを含まない一成分現像方法に於てト
ナーへの電荷付与、すなわち帯電は、電界からの電荷注
入、もしくはトナー同志の摩擦帯電、あるいは現像剤保
持部材や現像剤規制部材などの導電部材との接触帯電に
よって得られていると考えられている。

電界からの電荷注入による帯電を利用した現像方法で
は、現像位置に存在する電界に依存してトナーの帯電量
が決定される。一般の現像装置では、非画像部へのトナ
ー付着（いわゆるカブリ）を防止するために、現像剤保
持部材に一定の直流バイアスを与えこれを防止している
が、電荷注入による帯電を利用した現像方式ではこのバ
イアスによってトナーが所望の極性とは逆極性に帯電さ
れ、非画像部へのトナー付着を招く。

トナー相互の摩擦帯電を用いる現像方法では、同種どう
しの粒子の帯電あるためにトナー相互の比較的激しい攪
乱が必要である。このために多くの場合現像剤保持部材
に内包される磁気ロールを高速で回転させることで、ト
ナー相互の攪乱を発生させ帯電させている。この磁気ロ
ールを高速で回転させることは、現像剤保持部材からの
トナー飛散を起こし現像装置またはその周辺装置を汚染
させる。またトナー相互の攪乱であるが故に、必要とさ
れる帯電極性とは逆極性のトナーが発生し、このために
現像剤保持部材に印加する現像バイアスの設定条件が非
常に狭い範囲となる。また一定以上の逆極性トナーが現
像剤中に含まれると最終画像が安定しない。

導電性部材との接触帯電を用いる現像方法では導電性部
材のトナーと接触する表面積によって必然的に帯電する
トナー量が決定される。そのために現像剤保持部材上の
トナー層は薄層とする必要があり、この方法として従来
現像剤規制部材を弾性体で形成しこれを現像剤保持部材
に圧接する方法や、また現像剤規制部材を磁性体で形成
する方法などが提案されている。前記のような方法で
は、現像剤保持部材上のトナー層は100μｍ以下の非常
に薄いトナー層となる。このトナー層を均一に形成する
ためには、トナーを均一に搬送できる保持部材が必要で
あり、そのために現像剤保持部材表面に凹凸をつける、
いわゆるサンドブラスト処理等が施されていた。このサ
ンドブラスト処理は、長期間使用すると徐々に研磨さ
れ、それ故必然と現像剤保持部材に寿命が発生する。ま
た現像剤保持部材の凹凸部が研磨されて金属微粒子が発
生し現像領域において現像電界により絶縁破壊を起こし
最終画像に放電状の画像むらが発生する場合がある。ま
たトナー層が100μｍ以下の薄層であるために、非接触
現像を行うと最終画像の濃度が十分得ることが出来ず、
トナーを飛しょうさせるために最終画像の解像力低下を
招く。これを回避するために静電像保持部材と現像剤保
持部材との離間距離を100μｍ以下に設定して、トナー
層と静電像保持部材とを接触させるためには、各部品の
高機械加工精度が必要となる。

一方上記のような問題点を鑑み、現像剤規制部材を非磁
性部材で形成し、400μｍ程度のトナー層を形成し静電
像保持部材と現像剤とを接触して現像を行ったところ、
トナー流動性向上の目的で添加している疎水性シリカが
トナーから遊離して、これが現像剤保持部材表面に付
着，蓄積しその電荷により現像剤保持部材上に不均一な
電圧が発生し、最終画像に濃淡むらが発生した。

本発明は上記問題点を鑑み、一成分絶縁性磁性現像剤を
用いて常に安定した高品質の画像を得ることが出来る現
像装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために本発明の現像装置は、一成分
絶縁性磁性現像剤と、固定磁界発生手段を内包し表面あ
らさが1.0μｍ以下である非磁性導電性材よりなる現像
剤保持部材と、前記現像剤保持部材上の前記一成分絶縁
性磁性現像剤の層厚を規制する非磁性材よりなる現像剤
規制部材と、前記一成分絶縁性磁性現像剤を静電像保持
部材に摺擦させて静電像を可視化するに際し前記静電像
保持部材と前記現像剤保持部材との間に交流成分を含む
バイアス電圧を印加するバイアス電源と、前記静電像を
可視化した後の前記現像剤保持部材上の前記一成分絶縁
性磁性現像剤を除去し前記現像剤保持部材に当接するエ
ッジ部が半径５μｍ以上50μｍ以下の曲率半径を有する
形状である現像剤除去部材とにより構成されている。

作用本発明は上記した構成によって、常に安定した高品質の
画像を得ることが出来る。すなわち現像材保持部材に内
包した磁界発生手段（磁気ロール）を固定し、これによ
り逆極性トナーの発生を最小限に抑え、また現像装置及
びその周辺装置へのトナー飛散を減少させる。一方、現
像剤保持部材上の現像剤を静電像保持部材に摺擦させて
現像を行うことにより、静電像に忠実な現像を行い十分
な画像濃度でかつ高解像の最終画像を得ることが出来
る。また現像剤保持部材の表面あらさを1.0μｍ以下と
することにより、現像剤保持部材の寿命の考慮の必要が
無くなり半永久的に使用することが可能となる。

一方、現像後の現像剤保持部材上の現像剤を除去する現
像剤除去部材を備えることにより、トナーから遊離した
疎水性シリカが現像剤保持部材表面に付着，蓄積し、そ
の電荷により現像剤保持部材上に不均一な電圧が発生す
ることもない。

また現像剤除去部材の現像剤保持部材に当接するエッジ
部に曲率半径を持たせることにより、現像剤除去部材の
エッジ部の圧接力が弱まり、現像剤保持部材及び現像剤
除去部材の摩耗量が著しく減少して金属微粒子による現
像領域での絶縁破壊がなく安定した画像を得ることがで
きる。

実施例以下、本発明の具体的な一実施例について添付した図面
に基ずいて詳述する。第５図は、本発明の現像装置が適
用される電子写真法を利用した印字装置の一例を示す内
部構造図である。第５図において、12は印字装置本体で
あって、その略中央部に像担持体、具体的には感光体ド
ラム１が矢印方向へ回転駆動されるように設けられてい
る。ドラム１の周囲には、帯電用チャージャ13、本発明
に従う現像装置26、転写用チャージャ14、分離除電用チ
ャージャ15、クリーニング装置16が感光体ドラム１の矢
印で示されている回転方向に順次配設され、ドラム１の
回転に伴って動作し、ドラム１の回転と同期して搬送さ
れる転写紙17上に、トナー像を転写させる作像部を構成
している。

この作像部は、感光体ドラム１をクリーニング装置16に
よりクリーニングした後、帯電用チャージャ13により帯
電させる。ドラム１のこの帯電表面には、例えば半導体
レーザダイオードと多面回転体、及びレンズ光学系から
なる露光系18により露光され、静電潜像が形成される。
次に、この静電潜像を本発明に従う現像装置26によって
トナー現像し、現像後のトナー像を、同期を取って送ら
れてくる転写紙17上へ転写用チャージャ14によって転写
させる。さらに、転写後の転写紙17は分離除電用チャー
ジャ15によってドラム１の表面から分離される。転写紙
17が分離された転写後のドラム１の表面は、クリーニン
グ装置16により残留トナーをかき落とされ最初の状態に
戻る。

作像部の左側には、前記転写紙17を運ぶベルト帯電用チ
ャージャ20によって帯電され、転写紙17を静電力によっ
て吸着する搬送ベルト19、及び転写紙17上の転写トナー
像を加熱融着させる加熱定着器21が配設されて通常の電
子写真印字装置を構成している。給紙部は、給紙カセッ
ト22が印字装置本体12の一方の側面へ張り出す状態で装
着され、給紙ローラ23を駆動することによって給紙カセ
ット22から転写紙17をタイミングローラ24へ送りだし、
ガイド板25によって案内されて、前記作像部へ感光体ド
ラム１上のトナー像の移動と同期を取って送り込む。

以上は、本発明に伴う現像装置が適用される印字装置の
一例を示したものである。

第１図は、本発明を前述の電子写真印字装置に適用した
現像装置の内部構造図である。第１図において１は静電
像保持部材であり、接地された導電性支持層の表面に有
機半導体をベースにした光導電層が形成されており、矢
印で図示した方向に移動速度150mm/secで回転してい
る。静電像保持部材１の表面は、均一帯電時には−700V
に帯電され、その後に原稿に対応した光が照射され照射
部の電位が減衰する。２は非磁性導電性材料よりなる現
像剤保持部材であり、外径25mmで表面あらさが0.2〜0.5
μｍに加工され、移動速度は静電像保持部材と同方向に
150mm/secで回転している。この現像剤保持部材２の内
部には４極の固定された磁界発生手段（磁気ロール）３
がある。磁気ロール３の現像位置での磁力は現像剤保持
部材２の表面において800Gaussの磁界が形成される。静
電像保持部材１と現像剤保持部材２との最小間隙は0.30
mmに設定されている。４は非磁性部材よりなる現像剤規
制部材であり、これにより現像域へ搬送される現像剤層
の層厚は一定となる。現像剤規制部材４の肉厚は3mmで
ある。また現像剤保持部材２と現像剤規制部材４との最
小間隙は0.15mmに設定され、磁気ロール３の現像剤規制
位置での磁力は現像剤保持部材２の表面において1000Ga
ussの磁界が形成されている。これにより、現像位置で
の現像剤層の層厚は0.35mmとなり、現像位置において現
像剤は常に静電像保持部材と接触，摺擦している。５は
現像剤除去部材であり、第２図にその斜視図を示す。現
像剤除去部材５は肉厚0.2mmのリン青銅板を基材として
そのエッジ部が半径20μｍにエッジング処理がなされて
おり現像剤保持部材２の接線方向に圧接されている。実
験によれば、エッジ部の曲率半径は５μｍ以上50μｍ以
下に設定すればよい。５μｍ以下であると現像剤除去部
材の摩耗量が大きくなり金属微粒子が多く発生し最終画
像に悪影響を及ぼす。逆に50μｍ以上であると現像剤除
去部材５の機能が低下する。すなわちトナーに添加して
いる疎水性シリカが現像剤保持部材２表面に付着，蓄積
し、その電荷により現像剤保持部材２上に不均一な電荷
が生じ、最終画像に濃淡ムラが発生した。６は一成分磁
性現像剤であり、ポリエステル系樹脂中に37重量％のフ
ェライト系磁性体を含有しかつ含金属染料系荷電制御剤
を３重量％含有させたものを主成分とし、これに定着性
改善のために離型剤を添加し、通常の現像剤作成方法に
従い作成し、表面性改善のために疎水性シリカを0.5％
後添加したものであり、平均粒径が8.5μｍ、東芝ケミ
カル社製ブローオフ粉体帯電量測定装置TB−200で測定
した粒径150μｍの基準鉄粉キャリアとの帯電量が−23.
7μc/gである。なお本実施例に使用したトナーは一例で
あって本特許がこれに限定されないということはいうま
でもない。７は現像剤保持部材３に印加するバイアス電
源であり、直流成分を−600V,交流成分を正弦波で振幅
値を2000V（ピークツーピーク;Peak to Peak）、周波
数を2KHzと設定してある。

このような現像装置を用いて10000枚の連続動作を行っ
たところ、最終画像は非画像部へのトナー付着は殆どな
く最大画像濃度は1.42〜1.48であり非常に安定したもの
であり、解像力も400Dot/inch以上の解像力を有してい
た。次にバイアス電源６の直流成分を−400Vより−650V
まで変化させたところ、非画像部へのトナー付着も殆ど
みられなかった。

次に現像剤保持部材の表面あらさを1.5μｍとして他の
条件は前記実施例と同様に設定して連続動作を行なった
ところ、現像剤保持部材が連続動作とともに徐々に研磨
され金属粉が発生して、この金属粉が現像バイアスによ
って放電を起こし最終画像に悪影響を及ぼした。実験に
よれば現像剤保持部材の表面あらさが1.0μｍ以下であ
れば金属粉が発生することはほとんどない。

次に本実施例に用いた一成分磁性現像材を断面積2cm²,
厚さ1mmに充填し、これを試料として横河ヒューレット
パッカード社製超絶縁抵抗計4329Aにてその抵抗値を測
定したところ、1.0×10³V/cmより1.0×10⁴V/cmの間の電
界下では、第３図に示すような抵抗値であり、この電界
下では、3.0×10¹⁵Ωcmから8.5×10¹⁵Ωcmの抵抗値を示
した。次にこの一成分磁性現像剤を用い、静電像保持部
材の静電像の電位を＋500Vより−500Vまで100Vきざみに
変化させ、現像剤保持部材に交流成分2000V（ピーク
ツーピーク;Peak to Peak）、2KHzのみのバイアスを
印加して他の条件は前記実施例と同様に設定して、付着
するトナー量、および付着するトナーの電荷量（帯電
量）を測定したところ第４図に示すような結果となっ
た。この結果より使用したトナーは、トナー帯電極性
（本実施例ではマイナス）と同極性のマイナス帯電の静
電像に対してはトナーの付着は殆どなく、一方向性帯電
であることが分かる。また静電像電位をプラス200V以上
にすると、トナー帯電量の電界依存性がないことが分か
る。

ここで一成分磁性現像剤を用いて、静電像保持部材と現
像剤保持部材との間に交流成分を含むバイアス電圧を印
加する効果について説明する。

まずバイアス電圧が一定の直流成分のみである場合、磁
気ロールによって現像剤保持部材の表面に形成される磁
気ブラシが、単に静電像と接触し、接触した穂先のみで
現像が行われ一定の直流バイアスによって非画像部の現
像剤が除去される。次に静電像保持部材と現像剤保持部
材との間に交流成分を含むバイアス電圧を印加すると、
磁気ブラシの穂先のみで静電像と接触するのではなく、
磁気ブラシが振動，攪乱されて現像が行われる。これに
より最終画像は画像部のみを効果的に可視化され、非画
像部への静電像と同極性の現像剤の不着も効果的に除去
せしめられ、カブリもなく原稿に忠実な最終画像とな
る。

静電像保持部材と現像剤保持部材との間隙が0.3mmの場
合、交流成分の印加電圧の振幅値（ピークツーピー
ク;Peak to Peak）は300≦Ｖ≦2400（ボルト;Volt）に
設定すればよい。実験によれば、300V以下であれば、交
流成分による磁気ブラシが振動，攪乱される効果が薄
れ、前記のような効果は現れない。また2400V以上に設
定すると、静電像保持部材と現像剤保持部材との間の現
像剤層が絶縁破壊を起こす。本発明では現像剤層が絶縁
破壊を起こすと、前記のような効果はない。

ところで体積抵抗が10¹⁴Ωcm以上である絶縁性磁性一成
分現像剤とは異なり、カーボンや磁性体を多量に含む、
いわゆる低抵抗現像剤を使用する場合、静電像保持部材
と現像剤保持部材との間隙が0.3mmであると、現像剤層
が振幅値（ピークツーピーク;Peak to Peak）が500
V程度の交流バイアスを印加するだけで絶縁破壊を起こ
す。このために振幅値の大きな交流バイアスは印加する
ことは出来ず、更に静電像保持部材と現像剤保持部材と
の間や現像剤保持部材と接地部との間に抵抗やコンデン
サなどの保護回路を設けなくてはならない。ところが体
積抵抗が10¹⁴Ωcm以上である一成分磁性現像剤を用い現
像剤保持部材の表面あらさを1.0μｍ以下とした場合、
現像剤層が絶縁性であり、かつ金属微粒子の現像域への
混入がないために、静電像保持部材と現像剤保持部材と
の間隙が0.3mmで2400V程度までの振幅値の交流バイアス
を印加することができ、これにより交流バイアスによる
より効果的な現像を行うことが出来る。また実用的な使
用範囲に於て、保護回路も必要ない。

また交流バイアスの周波数も効果的な周波数に設定しな
ければならない。単に画像部のみを効果的に可視化する
（即ち画像濃度を上げる）には周波数を100〜5000Hzに
設定すればよい。しかしカブリ等を効果的に除去せしめ
るには500Hz以上にすることが望ましい。加えて500Hz以
下であると最終画像に濃淡むらが発生する場合がある。
また逆に周波数を5000Hz以上ににすると、交流バイアス
の効果が薄れる。これは磁気ブラシが印加した交流成分
に追随して振動，攪乱されないためである。以上のこと
から交流成分の周波数は500〜5000Hzに設定すれば好適
である。

なお本実施例で使用した交流バイアスの電圧波形は正弦
波であったが、矩形波，三角波，鋸歯状波等であっても
よい。

発明の効果以上の説明から明らかなように、本発明は、一成分絶縁
性磁性現像剤と、固定磁界発生手段を内包し表面あらさ
が1.0μｍ以下である非磁性導電性材よりなる現像剤保
持部材と、前記現像剤保持部材上の前記一成分絶縁性磁
性現像剤の層厚を規制する非磁性材よりなる現像剤規制
部材と、前記一成分絶縁性磁性現像剤を静電像保持部材
に摺擦させて静電像を可視化するに際し前記静電像保持
部材と前記現像剤保持部材との間に交流成分を含むバイ
アス電圧を印加するバイアス電源と、前記静電像を可視
化した後の前記現像剤保持部材上の前記一成分絶縁性磁
性現像剤を除去し前記現像剤保持部材に当接するエッジ
部が半径５μｍ以上50μｍ以下の曲率半径を有する形状
である現像剤除去部材とを有することを特徴とする現像
装置であり、これにより常に安定した高品質の画像を得
ることが出来る。すなわち現像剤保持部材に内包した磁
界発生手段（磁気ロール）を固定し、これにより逆極性
トナーの発生を最小限に抑え、また現像装置及びその周
辺装置へのトナー飛散を減少させる。一方、現像剤保持
部材上の現像剤を静電像保持部材に摺擦させて現像を行
うことにより、静電像に忠実な現像を行い十分な画像濃
度でかつ高解像の最終画像を得ることが出来る。また現
像剤保持部材の表面あらさを1.0μｍ以下とすることに
より、現像剤保持部材の寿命が無くなり半永久的に使用
することが可能となり、研磨された金属微粒子により現
像領域での絶縁破壊もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における現像装置の内部構造
図、第２図は本発明の一実施例における現像剤除去部材
の斜視図、第３図は実施例における現像剤の電界に対す
る抵抗値を示す特性図、第４図は実施例における現像剤
の電界に対するトナー付着量を示す特性図、第５図は印
字装置の一例を示す内部構造図である。１……静電像保持部材、２……現像剤保持部材、３……
固定磁界発生手段（磁気ロール）、４……現像剤規制部
材、５……現像剤除去部材、６……一成分磁界現像剤、
７……バイアス電源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−151876（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−111068（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−41450（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一成分絶縁性磁性現像剤と、固定磁界発生
手段を内包し表面あらさが1.0μｍ以下である非磁性導
電性材よりなる現像剤保持部材と、前記現像剤保持部材
上の前記一成分絶縁性磁性現像剤の層厚を規制する非磁
性材よりなる現像剤規制部材と、前記一成分絶縁性磁性
現像剤を静電像保持部材に摺擦させて静電像を可視化す
るに際し前記静電像保持部材と前記現像剤保持部材との
間に交流成分を含むバイアス電圧を印加するバイアス電
源と、前記静電像を可視化した後の前記現像剤保持部材
上の前記一成分絶縁性磁性現像剤を除去し前記現像剤保
持部材に当接するエッジ部が半径５μｍ以上50μｍ以下
の曲率半径を有する形状である現像剤除去部材とを備え
たことを特徴とする現像装置。
【請求項２】一成分絶縁性磁性現像剤の体積抵抗が、10
⁴V/cmの電界下で10¹⁴Ωcm以上であることを特徴とする
請求項（１）記載の現像装置。
【請求項３】バイアス電圧の交流成分の振幅値ボルト
（Ｖ）および静電像保持部材と現像剤保持部材との最小
間隙ｄ（mm）が次式、１×10³≦V/d≦８×10³ を満足するように設定された請求項（１）または（２）
のいずれかに記載の現像装置。
【請求項４】バイアス電源の交流成分の周波数（Hz）
が次式、５×10²≦ｆ≦５×10³ を満足するように設定された請求項（１）または（２）
のいずれかに記載の現像装置。