JPH11174845A

JPH11174845A - 現像装置

Info

Publication number: JPH11174845A
Application number: JP34821997A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Toyoshima; 哲朗豊島; Nobuyuki Azuma; 伸之東; Takayuki Yamanaka; 隆幸山中; Masanori Yamada; 雅則山田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】直流電界飛翔現像法を採用した非接触方式の
現像装置のトナー粒子の飛翔開始電圧およびγ勾配を最
適化する。【解決手段】非静電的な付着力Ｆｖが０より大きく５
ｎＮ以下の範囲のトナーを用い、現像ローラのトナー層
表面と感光体ドラム表面との間の空隙ｇを０．１ｍｍ以
上０．５ｍｍ以下の範囲に選び、トナー層の比誘電率ε
_T を１．２以上２以下の範囲に選ぶことによって、ｇが
大きくγ勾配が緩やかなときに小さな飛翔開始電圧で多
階調画像が形成できる。また、ｇを０．０５ｍｍ以上
０．１ｍｍ未満の範囲に選び、ε_T を２以上５．３以下
の範囲に選ぶことによって、ｇが小さくγ勾配が急峻な
ときに飛翔開始電圧を小さくできる。特に、充填率Ｐ、
トナー層厚ｔおよび／またはトナー粒子の平均比電荷の
絶対値によって、さらに最適化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機、レーザプ
リンタおよびファクシミリ装置などの画像形成装置に適
用される現像装置に関し、特に非接触方式の現像装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術である非接触方式の現像装置の
例が、特公昭４１−９４７５号公報に開示されている。
当該現像装置は、静電潜像を担持する静電潜像担持体に
相当する感光体と、帯電されたトナー粒子を担持するト
ナー担持体に相当する現像ローラとを備える。感光体と
現像ローラとは、前記トナー粒子からなるトナー層の厚
みよりも大きな空隙をあけて互いに対向して配置され、
これらの間に直流電界を形成してトナー粒子を飛翔させ
ると、該トナー粒子によって静電潜像がトナー像に顕像
化される。このような現像方法を直流電界飛翔現像法と
いう。

【０００３】また、非接触方式の現像装置を用いたカラ
ー画像の形成技術の例が、電子写真学会誌、第２９巻、
第１号、（１９９０年）、「１ドラム色重ねプロセス−
直流電界飛翔現像法−」に開示されている。当該技術
は、感光体と現像ローラとが非接触であることを利用し
て、先に形成したトナー像を乱さずに次のトナー像を重
ねるものであり、これによってカラー画像を形成するも
のである。感光体上に重ね合わされたトナー像は一括し
て転写される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】直流電界飛翔現像法で
は、使用可能なトナー粒子の粒子径および比電荷量に制
約がある。すなわち、粒子径が比較的小さく、比電荷量
が比較的大きいトナー粒子は飛翔が生じないため、使用
できない。また、直流電界飛翔現像法ではトナー粒子の
飛翔が一旦開始されると一気にトナー粒子が移行する傾
向があり、直流電界を形成するための印加電圧に対する
現像量を表すγ勾配は比較的急峻である。このため直流
電界飛翔現像法の２値画像を形成する画像形成装置への
適用は実用化されているが、多階調画像を形成するアナ
ログ複写機などの画像形成装置への適用は実用化されて
いない。

【０００５】具体的には、感光体と現像ローラとの間の
空隙を０．１ｍｍ〜０．３ｍｍに選ぶのが一般的であ
り、空隙が大きくなるとγ勾配は緩やかとなる。また、
飛翔開始電圧（スレシュホルド電圧）は大きくなる。た
とえば Journal of ImagingScience and Technology,3
7,3,p.223(1993）には、トナー粒子を飛翔させるに足る
充分な電界強度を得るには、０．１５ｍｍ程度の極めて
微小な空隙と、９００Ｖ〜１０００Ｖ程度の高い潜像電
位が必要であることが開示されている。空隙を小さく
し、たとえば０．１ｍｍよりも小さくすると、飛翔開始
電圧が小さくなるが、γ勾配が急峻となる。

【０００６】感光体の耐圧を考慮した上でγ特性のレン
ジを確保するには、飛翔開始電圧は小さいことが好まし
い。また、多階調画像を形成するためには、γ勾配は比
較的緩やかなことが好ましい。すなわち、直流電界飛翔
現像法を採用した現像装置では、形成したい画像に応じ
て飛翔開始電圧およびγ勾配を調整可能に構成すること
が望まれる。しかし、前記空隙だけでは飛翔開始電圧お
よびγ勾配を最適化することはできない。本願出願人
は、特開平８−３０５０７５号公報において、トナー担
持体上に担持されたトナー粒子間に働く非静電的な付着
力を５ｎＮ以下にして、トナー粒子径および比電荷量の
適用範囲を広げ、画質品位を高める技術を開示している
が、該付着力だけで飛翔開始電圧およびγ勾配を最適化
することはできない。

【０００７】本発明の目的は、直流電界飛翔現像法を採
用した非接触方式の現像装置において、トナー粒子の飛
翔開始電圧およびγ勾配を最適化し、２値画像のみなら
ず多諧調画像を形成することができる現像装置を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、静電潜像を担
持する静電潜像担持体と帯電されたトナー粒子を担持す
るトナー担持体とが担持された前記トナー粒子からなる
トナー層の厚みよりも大きな間隙をあけて互いに対向し
て配置され、担持体間に電界を形成して静電潜像を顕像
化する現像装置において、前記トナー粒子間に働く非静
電的な付着力が０より大きく５ｎＮ以下の範囲に選ばれ
たトナーを用い、トナー担持体のトナー層表面と静電潜
像担持体表面との間の空隙が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ
以下の範囲に選ばれ、トナー層の比誘電率が１．２以上
２以下の範囲に選ばれることを特徴とする現像装置であ
る。

【０００９】本発明に従えば、直流電界飛翔現像法を採
用した非接触方式の現像装置において、トナー粒子間に
働く非静電的な付着力が０より大きく５ｎＮ以下の範囲
に選ばれたトナーを用い、トナー担持体のトナー層表面
と静電潜像担持体表面との間の空隙が０．１ｍｍ以上
０．５ｍｍ以下の範囲に選ばれ、トナー層の比誘電率が
１．２以上２以下の範囲に選ばれる。これによって、空
隙が比較的大きくγ勾配が緩やかなときに、トナー粒子
の飛翔開始電圧を小さくすることができる。したがっ
て、静電潜像担持体やトナー担持体の耐電特性を考慮す
ることなく、多階調画像を形成することができる。

【００１０】また本発明は、前記トナー層のトナー粒子
の充填率が０．３以上０．５以下の範囲に選ばれること
を特徴とする。

【００１１】本発明に従えば、特に充填率を０．３以上
０．５以下の範囲に選ぶことによって、比較的粗いトナ
ー層が形成される。これによって、飛翔開始電圧を小さ
くすることができる。

【００１２】また本発明は、前記トナー層の層厚が１０
μｍ以上２５μｍ以下の範囲に選ばれることを特徴とす
る。

【００１３】本発明に従えば、特にトナー層厚を１０μ
ｍ以上２５μｍ以下の範囲に選ぶことによって、トナー
層自体が有する電位を飛翔促進方向に増加させることが
できる。したがって、飛翔開始電圧を小さくすることが
できる。

【００１４】また本発明は、前記トナー粒子の平均比電
荷の絶対値が５μＣ／ｇ以上１５μＣ／ｇ以下の範囲に
選ばれることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、特にトナー粒子の平均比
電荷の絶対値を５μＣ／ｇ以上１５μＣ／ｇ以下の範囲
に選ぶことによって、充分な現像量を確保するための印
加電圧を小さくすることができる。

【００１６】また本発明は、静電潜像を担持する静電潜
像担持体と帯電されたトナー粒子を担持するトナー担持
体とが担持された前記トナー粒子からなるトナー層の厚
みよりも大きな間隙をあけて互いに対向して配置され、
担持体間に電界を形成して静電潜像を顕像化する現像装
置において、前記トナー粒子間に働く非静電的な付着力
が０より大きく５ｎＮ以下の範囲に選ばれたトナーを用
い、トナー担持体のトナー層表面と静電潜像担持体表面
との間の空隙が０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の範囲
に選ばれ、トナー層の比誘電率が２以上５．３以下の範
囲に選ばれることを特徴とする現像装置である。

【００１７】本発明に従えば、直流電界飛翔現像法を採
用した非接触方式の現像装置において、トナー粒子間に
働く非静電的な付着力が０より大きく５ｎＮ以下の範囲
に選ばれたトナーを用い、トナー担持体のトナー層表面
と静電潜像担持体表面との間の空隙が０．０５ｍｍ以上
０．１ｍｍ未満の範囲に選ばれ、トナー層の比誘電率が
２以上５．３以下の範囲に選ばれる。これによって、空
隙が比較的小さくγ勾配が急峻なときに、トナー粒子の
飛翔開始電圧を小さくすることができる。

【００１８】また本発明は、前記トナー層のトナー粒子
の充填率が０．５以上０．８５以下の範囲に選ばれるこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、特に充填率を０．５以上
０．８５以下の範囲に選ぶことによって、比較的密なト
ナー層が形成される。これによって、飛翔開始電圧の過
度な低下を防止して、γ勾配を緩やかにして多階調画像
を形成することができる。したがって、画像と背景との
濃淡差の小さい減少である背景かぶりの発生を防止する
ことができる。

【００２０】また本発明は、前記トナー層の層厚が６μ
ｍ以上１５μｍ以下の範囲に選ばれることを特徴とす
る。

【００２１】本発明に従えば、特にトナー層の層厚を６
μｍ以上１５μｍ以下の範囲に選ぶことによって、トナ
ー層自体が有する電位を飛翔抑制方向に低減させること
ができる。したがって、飛翔開始電圧の過度な低下を防
止して、γ勾配を緩やかにして多階調画像が形成でき
る。したがって、画像と背景との濃淡差の小さい減少で
ある背景かぶりの発生を防止することができる。

【００２２】また本発明は、前記トナー粒子の平均比電
荷の絶対値が１５μＣ／ｇ以上２５μＣ／ｇ以下の範囲
に選ばれることを特徴とする。

【００２３】本発明に従えば、特にトナー粒子の平均比
電荷の絶対値を１５μＣ／ｇ以上２５μＣ／ｇ以下の範
囲に選ぶことによって、トナー層に働く飛翔抑制力を増
加することができ、飛翔開始電圧の過度な低下を防止し
て、γ勾配を緩やかにして多階調画像が形成できる。し
たがって、画像と背景との濃淡差の小さい減少である背
景かぶりの発生を防止することができる。

【００２４】また本発明は、静電潜像を担持する静電潜
像担持体と帯電されたトナー粒子を担持するトナー担持
体とが担持された前記トナー粒子からなるトナー層の厚
みよりも大きな間隙をあけて互いに対向して配置され、
担持体間に電界を形成して静電潜像を顕像化する現像装
置において、前記トナー層は複数のトナー粒子層を積層
して構成され、前記電界を形成するための印加電圧は、
トナー担持体に最近接するトナー粒子層以外のトナー粒
子を静電潜像担持体へ飛翔させる値に選ばれることを特
徴とする現像装置である。

【００２５】本発明に従えば、直流電界飛翔現像法を採
用した非接触方式の現像装置において、トナー層は複数
のトナー粒子層を積層して構成される。電界を形成する
ための印加電圧を、トナー担持体に最近接するトナー粒
子層以外のトナー粒子を静電潜像担持体へ飛翔させる値
に選ぶことによって、電界の大きさに比例したトナー粒
子が飛翔し、γ勾配の直線性を向上することができる。
したがって、多階調画像を高精度に形成することができ
る。

【００２６】また、前記トナー粒子は、非磁性一成分の
トナー粒子であることが好ましい。トナー粒子として非
磁性一成分のトナー粒子を用いることによって、トナー
層の電荷密度の均一性を高めることができる。したがっ
て、電界のみで飛翔開始電圧が制御可能となり、安定的
な画像形成が可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】まず、トナー粒子の飛翔開始電圧
およびγ勾配を最適化するためのパラメータについて説
明する。図１は、トナー粒子１の飛翔の様子を示す図で
ある。現像ローラに担持されるトナー粒子１からなるト
ナー層は、複数のトナー粒子層からなり、各トナー粒子
層が積層して構成される。ここでは、３つのトナー粒子
層１１〜１３を例に、現像ローラに最近接する層に参照
符号１１を付し、次に近接する層に参照符号１２を付
し、最も遠方の層に参照符号１３を付して説明する。

【００２８】トナー粒子の飛翔開始電圧およびγ勾配の
調整には、トナー粒子１に作用するクーロン力Ｆｃ、境
像力Ｆｉおよび非静電的な付着力Ｆｖの関係を考慮する
必要がある。トナー粒子１の飛翔方向への合力Ｆｊは、
Ｆｊ＝Ｆｃ−Ｆｉ−Ｆｖで表される。現像ローラ側から
感光体側へ飛翔するトナー粒子１の分断面２において
は、Ｆｊ＝Ｆｃ−Ｆｉ−Ｆｖ＝０が成立する。なお、分
断面２に対して現像ローラ側ではＦｊ＝Ｆｃ−Ｆｉ−Ｆ
ｖ＜０が成立し、分断面２に対して感光体側ではＦｊ＝
Ｆｃ−Ｆｉ−Ｆｖ＞０が成立する。分断面２に関して、
クーロン力Ｆｃ、境像力Ｆｉおよび非静電的な付着力Ｆ
ｖは、第１〜第３式で表される。

【００２９】

【数１】

【００３０】ここで、ｑはトナー粒子が有する電荷量
［Ｃ］、ｍはトナー質量［ｋｇ］、ｑ／ｍは単位質量当
たりのトナー電荷量（トナー比電荷）［Ｃ／ｋｇ］、Ｖ
_B は現像バイアス電圧［Ｖ］、Ｐはトナー充填率、ε_T
はトナー層の比誘電率、ｔは現像ローラに担持されたト
ナー層の層厚［ｍ］、ｇは感光体と現像ローラとの間の
空隙［ｍ］、Ｖ_t はトナー層の電位［Ｖ］、Ｘは飛翔時
に現像ローラに付着残存するトナー粒子層の層厚
［ｍ］、Ｘ_j は飛翔するトナー粒子層の層厚（Ｘ_j ＝ｔ
−Ｘ_j ）［ｍ］、δはトナー真比重［ｋｇ／ｍ³ ］、Ｅ
はトナー層に働く電界強度［Ｖ／ｍ］、ｄはトナー粒子
径［ｍ］である。なお、Ｖ_t は、

【００３１】

【数２】

【００３２】で表される。

【００３３】第３式において、Ｘ_j ＝０のときの付着力
Ｆｖは、トナー層表層の粒子間力を表し、現像開始時の
クーロン力と等しい。したがって、飛翔開始電圧をＶ_th
として、トナー表層の非静電的な付着力Ｆｖは、第４式
で表される。

【００３４】

【数３】

【００３５】第４式から、飛翔開始電圧Ｖ_thは、第５式
で表される。

【００３６】

【数４】

【００３７】飛翔開始電圧Ｖ_thは、トナー層の比誘電率
ε_Tと空隙ｇとの積ε_T・ｇ、現像ローラに担持されたト
ナー層の層厚ｔ、およびトナー比電荷ｑ／ｍなどの関数
であることが分かる。したがって、これらのパラメータ
によって飛翔開始電圧Ｖ_thを調整することができる。な
お、ε_T はトナー粒子と空隙とが形成するトナー層の比
誘電率であり、トナー粒子自体の比誘電率ε_t と充填率
Ｐとから、第６式で表される。

【００３８】 ε_T ＝１＋Ｐ（ε_t −１） …（６）したがって、トナー層の比誘電率ε_T を変化させる方法
としては、トナー自体の比誘電率ε_t を変える方法、あ
るいは充填率Ｐを変える方法が挙げられる。

【００３９】上述した各パラメータの、飛翔開始電圧Ｖ
_thおよびγ勾配に及ぼす影響を表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】すなわち、付着力Ｆｖの増加に連れて、飛
翔開始電圧Ｖ_thは高くなる傾向がある。空隙ｇの増加に
連れて、飛翔開始電圧Ｖ_thは高くなり、γ勾配は緩やか
になる傾向がある。トナー自体の比誘電率ε_tとトナー
層の比誘電率ε_Tとはともに、各値の増加に連れて、飛
翔開始電圧Ｖ_thは高くなり、γ勾配は急峻になる傾向が
ある。充填率Ｐ、トナー層厚ｔおよびトナー比電荷ｑ／
ｍはともに、各値の増加に連れて、飛翔開始電圧Ｖ_thは
低くなり、γ勾配は緩やかになる傾向がある。

【００４２】上述したパラメータのうち、付着力Ｆｖや
トナー自体の比誘電率ε_t はトナー作製時に決定され
る。空隙ｇは、装置設計時に決定される。充填率Ｐ、ト
ナー層厚ｔおよびトナー比電荷ｑ／ｍは、トナー層の形
成するための各種条件によって調整可能である。これら
のパラメータによって飛翔開始電圧Ｖ_thおよびγ勾配が
最適化できるが、空隙ｇに対する感度が最も大きいの
で、空隙ｇが比較的大きいときと小さいときとで他のパ
ラメータをそれぞれ最適化するのが好ましい。

【００４３】なお、非接触でトナー粒子を飛翔させるこ
と、静電潜像担持体の耐圧、高精度な階調性の確保など
を考慮して、飛翔開始電圧Ｖ_thを５０Ｖ〜５００Ｖの範
囲に選ぶことが好ましい。以降、これらのパラメータに
よって飛翔開始電圧Ｖ_thおよびγ勾配を最適化した実施
例について説明する。

【００４４】（第１実施例）図２（Ａ）は、本発明の第
１実施例である現像装置２１ａの構成を示す図である。
図３は、現像領域２８を拡大して示す断面図である。現
像装置２１ａは、ともに導電材料から成り、所定の空隙
ｇをあけて互いに対向して配置される感光体ドラム２２
と現像ローラ２３とを備える。感光体ドラム２２と現像
ローラ２３とのうちのいずれか一方が接地されて、これ
らの部材間に所定の電圧が印加される。現像装置２１ａ
では、感光体ドラム２２が接地される。また、表面を球
形のビーズによって１μｍ程度の粗さに粗面化したアル
ミニウム製の現像ローラ２３を用いた。

【００４５】感光体ドラム２２の表面には、画像形成装
置に関する既存の技術によって形成される静電潜像が担
持される。現像ローラ２３は、帯電されたトナー２５か
ら成るトナー層２９を担持する。トナー２５は、トナー
収納部２４に収納されており、トナー供給機構２６によ
って現像ローラ２３上に供給され、その量がトナー層形
成部材２７ａによって規制される。現像装置２１ａで
は、トナー供給機構２６としてローラを用いた。該ロー
ラは現像ローラ２３と非接触状態でトナー収納部２４内
に配置される。また、トナー層形成部材２７ａとして、
円弧状のばねを用いた。特に、厚さが０．２ｍｍで、円
弧部半径が２．６ｍｍで、平板部長さが１４ｍｍの円弧
状のばねを用いた。トナー供給機構２６としてのローラ
および感光体ドラム２２は時計回り方向に回転され、現
像ローラ２３は反時計回り方向に回転される。

【００４６】トナーとしては、スチレンアクリル樹脂に
カーボンブラックと荷電制御剤とを含有した非磁性一成
分の正帯電トナーを用いた。また、トナーの非静電的付
着力Ｆｖを０より大きく５ｎＮ以下の範囲に設定するた
めに、直径が０．５μｍのシリカ粒子をさらに分散させ
た。なお、シリカ以外にアルミナや酸化チタンなどの不
活性な微粒子を分散させても付着力Ｆｖの低減効果が得
られる。分散させる微粒子の直径は０．５μｍに限るも
のではなく、０．０１μｍ〜１μｍの範囲に選ばれる。
０．０１μｍよりも小さいとトナー粒子間の間隔を隔て
るスペーサとして機能しないので粒子間力を弱める効果
が低く、１μｍよりも大きいと画像形成装置に適用した
ときに形成される画像の品位を低下させるので好ましく
ない。また、飛翔開始時のトナー表層の付着力Ｆｖの下
限値を約１ｎＮに選ぶことが好ましい。さらに、トナー
として、非磁性一成分のトナーを用いることによって、
トナー層の電荷密度の均一性を高めることができ、電界
のみで飛翔開始電圧が制御可能となり、安定的な画像形
成が可能となる。

【００４７】現像装置２１ａにおける各種設定条件およ
び飛翔開始電圧Ｖ_thを表２に示す。トナー層の比誘電率
ε_T を２よりも小さい場合と大きい場合とを比較するた
めに、トナー２５として２種類のトナーＡ，Ｂを用い
た。トナーＡは、体積平均粒径ｄが７．２μｍで、トナ
ー粒子の比誘電率ε_t が３．０で、トナー粒子の真比重
δが１．１ｇ／ｃｍ³ で、トナー粒子の比電荷ｑ／ｍが
８．７μＣ／ｇである。トナーＢは、体積平均粒径ｄが
７．２μｍで、トナー粒子の比誘電率ε_t が５．７で、
トナー粒子の真比重δが１．１ｇ／ｃｍ³ で、トナー粒
子の比電荷ｑ／ｍが１０．５μＣ／ｇである。このよう
にトナーＡ，Ｂは、トナー粒子の比誘電率ε_t およびト
ナー粒子の比電荷ｑ／ｍが異なる。

【００４８】

【表２】

【００４９】このようなトナー２５を用い、現像ローラ
２３を１９０ｍｍ／ｓｅｃの周速で回転させた。空隙ｇ
は、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲に選ばれ、現
像装置２１ａでは０．１２ｍｍに設定した。空隙ｇが
０．１ｍｍよりも小さくなると非接触でのトナー粒子の
飛翔が難しくなる。また、感光体ドラム２２の耐圧限界
内で電界強度を確保するために、および高精度な階調性
の確保を考慮して、０．５ｍｍ以下に選ばれる。

【００５０】トナーＡにおいて、現像ローラへのトナー
の付着量ｗは０．５７ｍｇ／ｃｍ²、トナー層の表面電
位Ｖ_t は２０．６Ｖ、トナー層の充填率Ｐは第７式から
０．３３、トナー層厚ｔは１５．７μｍ、トナー層の比
誘電率ε_T は第６式から１．７となる。トナーＢにおい
て、現像ローラへのトナーの付着量ｗは０．５９ｍｇ／
ｃｍ² 、トナー層の表面電位Ｖ_t は２３．１Ｖ、トナー
層の充填率Ｐは第７式から０．３２、トナー層厚ｔは１
６．７μｍ、トナー層の比誘電率ε_T は第６式から２．
５となる。ここで、前記空隙ｇは、トナー層厚ｔよりも
大きい値に設定される。

【００５１】

【数５】

【００５２】トナーＡにおいて、飛翔開始電圧Ｖ_thは１
５０Ｖで、飛翔飽和電圧Ｖ_s は７００Ｖであった。トナ
ーＢにおいて、飛翔開始電圧Ｖ_thは１７５Ｖで、飛翔開
始電圧Ｖ_s は７５０Ｖであった。第４式から付着力Ｆｖ
はトナーＡにおいて１．４ｎＮで、トナーＢにおいて
１．５ｎＮであり、付着力Ｆｖはほぼ同じであった。し
たがって、空隙ｇが０．１ｍｍ以上のとき、すなわち空
隙ｇが比較的大きくγ勾配が緩やかなときに、トナー層
の比誘電率ε_T を２以下に設定することによって、飛翔
開始電圧Ｖ_thを低減することができた。このため、感光
体ドラム２２の耐圧を考慮することなく、多階調画像を
形成することができる。

【００５３】なお、トナー粒子の比誘電率ε_t の下限値
は一般に１．５程度であり、０．８程度の充填率を考慮
して、トナー層の比誘電率ε_T は１．２以上に設定する
ことが好ましい。

【００５４】（第２実施例）図２（Ｂ）および図２
（Ｃ）は、本発明の第２実施例である現像装置２１ｂ，
２１ｃの構成を示す図である。現像装置２１ｂ，２１ｃ
は、前記現像装置２１ａとほぼ同じであるが、トナー層
形成部材２７ａに代わってトナー層形成部材２７ｂ，２
７ｃがそれぞれ用いられることを特徴とする。現像装置
２１ｂ，２１ｃのトナー層形成部材２７ｂ，２７ｃはと
もに、金属製の板ばねで実現される。現像装置２１ｂで
は、トナー層形成部材２７ｂを現像ローラ２３の回転に
順接する方向に当接させ、現像装置２１ｃでは、トナー
層形成部材２７ｃを現像ローラ２３の回転に逆接する方
向に当接させている。

【００５５】現像装置２１ｂ，２１ｃにおける各種設定
条件および飛翔開始電圧Ｖ_thを表３に示す。充填率Ｐ、
トナー層厚ｔ、トナー粒子の平均比電荷の絶対値を比較
するために、トナー２５として２種類のトナーＣ，Ｄを
用いた。トナーＣは、体積平均粒径ｄが７．５μｍで、
トナー粒子の比誘電率ε_t が２で、トナー粒子の比電荷
ｑ／ｍが８μＣ／ｇである。トナーＤは、体積平均粒径
ｄが７．５μｍで、トナー粒子の比誘電率ε_t が４で、
トナー粒子の比電荷ｑ／ｍが１５μＣ／ｇである。

【００５６】

【表３】

【００５７】表３中（１）および（２）は、空隙ｇを
０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲に選んだ例であ
り、具体的には０．１４ｍｍに設定している。（３）お
よび（４）は、空隙ｇを０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未
満の範囲に選んだ例であり、具体的には０．０８ｍｍに
設定している。

【００５８】また（１）において、現像ローラへのトナ
ーの付着量ｗは０．６ｍｇ／ｃｍ²、トナー層の表面電
位Ｖ_t は４０Ｖ、トナー層の充填率Ｐは第７式から０．
３、トナー層厚ｔは１８．２μｍ、トナー層の比誘電率
ε_T は第６式から１．３となる。（２）において、現像
ローラへのトナーの付着量ｗは０．６ｍｇ／ｃｍ² 、ト
ナー層の表面電位Ｖ_t は１６Ｖ、トナー層の充填率Ｐは
第７式から０．６、トナー層厚ｔは９．１μｍ、トナー
層の比誘電率ε_T は第６式から１．６となる。

【００５９】（１）よりも（２）の方がトナー層は密で
ある。（１）において、飛翔開始電圧Ｖ_thは１５０Ｖ
で、飛翔飽和電圧Ｖ_s は７００Ｖであった。（２）にお
いて、飛翔開始電圧Ｖ_thは２１０Ｖで、飛翔開始電圧Ｖ
_s は８００Ｖであった。第４式から付着力Ｆｖは（１）
において１．８ｎＮで、（２）において１．９ｎＮであ
り、付着力Ｆｖはほぼ同じであった。したがって、空隙
ｇが０．１ｍｍ以上のとき、トナー層を粗とすることに
よって、飛翔開始電圧Ｖ_thを低減することができた。す
なわち、充填率Ｐが０．３以上０．５以下の範囲に選ば
れる。このとき、トナー粒子の比誘電率ε_t は、１．５
以上４以下の範囲となる。

【００６０】また、トナー層厚ｔが１０μｍ以上２５μ
ｍ以下の範囲に選ばれる。これによって、トナー層自体
が有する電位を飛翔促進方向に増加させることができ
る。したがって、飛翔開始電圧Ｖ_thを小さくすることが
できる。

【００６１】さらに、トナー粒子の平均比電荷の絶対値
が５μＣ／ｇ以上１５μＣ／ｇ以下の範囲に選ばれる。
これによって、充分な現像量を確保するための印加電圧
を小さくすることができる。

【００６２】なお、第１実施例である空隙ｇが０．１ｍ
ｍ以上のときのトナー層の比誘電率ε_T と、上記充填率
Ｐ、トナー層の層厚ｔおよび／またはトナー粒子の平均
比電荷の絶対値との組合せは、取得したい飛翔開始電圧
Ｖ_thやγ勾配に応じて適宜選択可能である。

【００６３】上述した各パラメータの、飛翔開始電圧Ｖ
_thおよびγ勾配に及ぼす影響を表４に示す。

【００６４】

【表４】

【００６５】空隙ｇが比較的大きいとき、トナー層の比
誘電率ε_T を小さくすると、飛翔開始電圧Ｖ_thの増減は
相殺されるが、γ勾配がともに減少する方向、すなわち
緩やかとなる方向に働く。このため、充填率Ｐ、層厚ｔ
および／またはトナー粒子の平均比電荷の絶対値を適宜
調整することによって、飛翔開始電圧Ｖ_thおよびγ勾配
を最適化することができる。

【００６６】一方（３）において、現像ローラへのトナ
ーの付着量ｗは０．７５ｍｇ／ｃｍ² 、トナー表面電位
Ｖ_t は２０Ｖ、トナー層の充填率Ｐは第７式から０．
７、トナー層厚ｔは９．７μｍ、トナー層の比誘電率ε
_T は第６式から３．１となる。（４）において、現像ロ
ーラへのトナーの付着量ｗは０．７５ｍｇ／ｃｍ² 、ト
ナー層の表面電位Ｖ_t は５０Ｖ、トナー層の充填率Ｐは
第７式から０．４、トナー層厚ｔは１７．０μｍ、トナ
ー層の比誘電率ε_T は第６式から２．２となる。

【００６７】（４）よりも（３）の方がトナー層は密で
ある。（３）において、飛翔開始電圧Ｖ_thは１２０Ｖ
で、飛翔飽和電圧Ｖ_s は５５０Ｖであった。（４）にお
いて、飛翔開始電圧Ｖ_thは５０Ｖで、飛翔開始電圧Ｖ_s
は４００Ｖであった。第４式から付着力Ｆｖは（３）に
おいて２．０ｎＮで、（４）において１．９ｎＮであ
り、付着力Ｆｖはほぼ同じであった。したがって、空隙
ｇが０．１ｍｍ未満のとき、すなわち空隙ｇが比較的小
さくγ勾配が急峻なときに、トナー層の比誘電率ε_tを
２以上に設定することによって、飛翔開始電圧Ｖ_thを低
減することができた。このため、感光体ドラム２２の耐
圧を考慮することなく、多階調画像を形成することがで
きる。

【００６８】なお、非接触状態でトナー粒子を飛翔させ
ることを考慮して、空隙ｇは０．０５ｍｍ以上に選ばれ
る。また、トナー粒子の比誘電率ε_t の上限値は一般に
６程度であり、０．８５程度の充填率を考慮すると、ト
ナー層の比誘電率ε_T は５．３以下に設定される。

【００６９】また、空隙ｇが０．１ｍｍ未満のとき、ト
ナー層を粗とすると飛翔開始電圧Ｖ_thは低減するが、低
くなり過ぎて背景かぶりを起こしやすくなり、かつγ勾
配が急峻になる。トナー層を密とすることによって、飛
翔開始電圧Ｖ_thの過度な低減を防止して、飛翔開始電圧
Ｖ_thおよびγ勾配を最適な範囲に設定することができ
た。すなわち、充填率が０．５以上０．８５以下の範囲
に選ばれる。このとき、トナー粒子の比誘電率ε_t は、
２．２以上６以下の範囲となる。これによって、比較的
密なトナー層が形成され、γ勾配を緩やかにして多階調
画像を形成することができる。

【００７０】また、トナー層厚ｔが６μｍ以上１５μｍ
以下の範囲に選ばれる。これによって、トナー層自体が
有する電位を飛翔抑制方向に低減させることができる。
したがって、γ勾配を緩やかにして多階調画像が形成で
きる。

【００７１】さらに、トナー粒子の平均比電荷の絶対値
が１５μＣ／ｇ以上２５μＣ／ｇ以下の範囲に選ばれ
る。これによって、トナー層に働く飛翔抑制力を増加す
ることができ、γ勾配を緩やかにして多階調画像が形成
できる。

【００７２】なお、空隙ｇが０．１ｍｍ未満のときの上
記トナー層の比誘電率ε_T と、上記充填率Ｐ、トナー層
の層厚ｔおよび／またはトナー粒子の平均比電荷の絶対
値との組合せは、取得したい飛翔開始電圧Ｖ_thやγ勾配
に応じて適宜選択可能である。

【００７３】上述した各パラメータの、飛翔開始電圧Ｖ
_thおよびγ勾配に及ぼす影響を表５に示す。

【００７４】

【表５】

【００７５】空隙ｇが比較的小さいとき、トナー層の比
誘電率ε_T を大きくすると、飛翔開始電圧Ｖ_thの増減は
相殺されるが、γ勾配がともに増加する方向、すなわち
急峻となる方向に働く。このため、充填率Ｐ、層厚ｔお
よび／またはトナー粒子の平均比電荷の絶対値を適宜調
整することによって、飛翔開始電圧Ｖ_thおよびγ勾配を
最適化することができる。

【００７６】（第３実施例）第３実施例の現像装置は、
図２（Ａ）と同様であり、空隙ｇを０．１２ｍｍとし、
トナーとしてはトナーＡを用いた。感光体ドラム２２お
よび現像ローラ２３間に印加する電圧をバイアス電圧Ｖ
_B として、クーロン力Ｆｃ、境像力Ｆｉおよび非静電的
な付着力Ｆｖを第１〜第３式から求めた。また、現像量
［ｍｇ／ｃｍ］、飛翔層厚Ｘ_j ［μｍ］および残留層厚
Ｘ［μｍ］を求めた。これらの値を表６に示す。また、
バイアス電圧Ｖ_B に対する各力Ｆｃ，Ｆｉ，Ｆｖおよび
残留層厚Ｘを図４のグラフに示す。さらに、残留層厚Ｘ
に対する付着力Ｆｖを図５のグラフに示す。

【００７７】

【表６】

【００７８】図５から、１４μｍ厚のトナー層の表層に
おける付着力Ｆｖは約１．４ｎＮである。１４μｍから
７μｍまで残留層厚Ｘが減少する間は付着力Ｆｖも減少
し、さらに残留層厚Ｘが減少すると付着力Ｆｖは増加し
ている。付着力Ｆｖが増加に転じる残留層厚Ｘとは、１
層のトナー粒子層に相当すると考えられる。すなわち、
トナー表層近傍では付着力Ｆｖがトナー粒子間の分離力
に相当するのに対し、トナーの底層の現像ローラ２３近
傍では付着力Ｆｖが現像ローラ２３とトナー粒子間の分
離力に相当すると考えられる。なぜならば、現像ローラ
２３への付着力はトナー粒子間の付着力よりも大きいか
らである。また、付着力Ｆｖが一旦減少して負となって
いるのは、表層のトナー粒子が一旦分離すると隣接する
内部のトナー粒子が連鎖的に分離し、一気に飛翔が進む
ためと考えられる。

【００７９】以上の結果から空隙ｇが大きい場合、直線
的なγ勾配を得るには、現像ローラ２３に最近接するト
ナー粒子層以外のトナー粒子を感光体ドラム２２へ飛翔
させる値に選ぶことが好ましい。これによって、電界の
大きさに比例したトナー粒子が飛翔し、γ勾配の直線性
を向上することができる。したがって、多階調画像を高
精度に形成することができる。図６は、最大の現像電位
差を３００Ｖとし、周速比を１．６としたときのγ勾配
を示す図である。比較例として周速比を１とした場合を
併せて示している。現像ローラ２３に最近接するトナー
粒子層以外のトナー粒子を感光体ドラム２２へ飛翔させ
る電界を印加することによって、直線性の高いγ勾配が
得られることが分かる。

【００８０】（第４実施例）第４実施例の現像装置は、
図２（Ａ）と同様であり、空隙ｇを０．０５ｍｍとした
ものである。トナーとしてはトナーＢを用いた。各種設
定条件および飛翔開始電圧Ｖ_thを表７に示す。クーロン
力Ｆｃ、境像力Ｆｉ、非静電的な付着力Ｆｖ、現像量
［ｍｇ／ｃｍ² ］、飛翔層厚Ｘ_j ［μｍ］および残留層
厚Ｘ［μｍ］を表８に示す。また、バイアス電圧Ｖ_B に
対する各力Ｆｃ，Ｆｉ，Ｆｖおよび残留層厚Ｘを図７の
グラフに示す。残留層厚Ｘに対する付着力Ｆｖを図８の
グラフに示す。

【００８１】

【表７】

【００８２】

【表８】

【００８３】図８から、この場合も、残留層厚Ｘの減少
に伴って付着力Ｆｖは減少し、１層のトナー粒子層に相
当する残留膜厚Ｘで再び増加している。以上の結果から
空隙ｇが小さい場合であっても、直線的なγ勾配を得る
には、現像ローラ２３に最近接するトナー粒子層以外の
トナー粒子を感光体ドラム２２へ飛翔させる値に選ぶこ
とが好ましい。これによって、電界の大きさに比例した
トナー粒子が飛翔し、γ勾配の直線性を向上することが
できる。したがって、多階調画像を高精度に形成するこ
とができる。

【００８４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、直流電界
飛翔現像法を採用した非接触方式の現像装置において、
トナー粒子間に働く非静電的な付着力が０より大きく５
ｎＮ以下の範囲に選ばれたトナーを用い、トナー担持体
のトナー層表面と静電潜像担持体表面との間の空隙を
０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲に選び、トナー層
の比誘電率を１．２以上２以下の範囲に選んだので、γ
勾配を緩やかとし、かつトナー粒子の飛翔開始電圧を小
さくすることができる。また本発明によれば、特に、充
填率を０．３以上０．５以下の範囲に選ぶまたはトナー
層厚を１０μｍ以上２５μｍ以下の範囲に選ぶことによ
って、飛翔開始電圧を小さくすることができる。また本
発明によれば、特にトナー粒子の平均比電荷の絶対値を
５μＣ／ｇ以上１５μＣ／ｇ以下の範囲に選ぶことによ
って、充分な現像量を確保するための印加電圧を小さく
することができる。

【００８５】また本発明によれば、直流電界飛翔現像法
を採用した非接触方式の現像装置において、トナー粒子
間に働く非静電的な付着力が０より大きく５ｎＮ以下の
範囲に選ばれたトナーを用い、トナー担持体のトナー層
表面と静電潜像担持体表面との間の空隙を０．０５ｍｍ
以上０．１ｍｍ未満の範囲に選び、トナー層の比誘電率
を２以上５．３以下の範囲に選んだので、γ勾配が急峻
なときに、トナー粒子の飛翔開始電圧を小さくすること
ができる。また本発明によれば、特に、充填率を０．５
以上０．８５以下の範囲に選ぶ、トナー層厚を６μｍ以
上１５μｍ以下の範囲に選ぶまたはトナー粒子の平均比
電荷の絶対値を１５μＣ／ｇ以上２５μＣ／ｇ以下の範
囲に選ぶことによって、飛翔開始電圧の過度な低下を防
いで、γ勾配を緩やかにして多階調画像が形成できる。

【００８６】また本発明によれば、直流電界飛翔現像法
を採用した非接触方式の現像装置において、電界を形成
するための印加電圧をトナー担持体に最近接するトナー
粒子層以外のトナー粒子を静電潜像担持体へ飛翔させる
値に選ぶことによって、電界の大きさに比例したトナー
粒子が飛翔し、γ勾配の直線性を向上することができ
る。したがって、多階調画像を高精度に形成することが
できる。

【００８７】また、トナー粒子として非磁性一成分のト
ナー粒子を用いることによって、トナー層の電荷密度の
均一性を高めることができ、電界のみで飛翔開始電圧が
制御可能となり、安定的な画像形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】トナー粒子１の飛翔の様子を示す図である。

【図２】本発明の第１〜第３実施例である現像装置２１
ａ，２１ｂ，２１ｃの構成を示す図である。

【図３】現像領域２８を拡大して示す断面図である。

【図４】バイアス電圧Ｖ_B に対する各力Ｆｃ，Ｆｉ，Ｆ
ｖおよび残留層厚Ｘを示すグラフである。

【図５】残留層厚Ｘに対する付着力Ｆｖを示すグラフで
ある。

【図６】最大の現像電位差を３００Ｖとし、周速比を
１．６としたときのγ勾配を示す図である。

【図７】バイアス電圧Ｖ_B に対する各力Ｆｃ，Ｆｉ，Ｆ
ｖおよび残留層厚Ｘを示すグラフである。

【図８】残留層厚Ｘに対する付着力Ｆｖを示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１トナー粒子２分断面１１〜１３トナー粒子層２１ａ〜２１ｃ現像装置２２感光体ドラム２３現像ローラ２４トナー収納部２５トナー２６トナー供給機構２７ａ〜２７ｃトナー層形成部材２８現像領域２９トナー層

フロントページの続き (72)発明者山田雅則大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像を担持する静電潜像担持体と帯
電されたトナー粒子を担持するトナー担持体とが担持さ
れた前記トナー粒子からなるトナー層の厚みよりも大き
な間隙をあけて互いに対向して配置され、担持体間に電
界を形成して静電潜像を顕像化する現像装置において、前記トナー粒子間に働く非静電的な付着力が０より大き
く５ｎＮ以下の範囲に選ばれたトナーを用い、トナー担
持体のトナー層表面と静電潜像担持体表面との間の空隙
が０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲に選ばれ、トナ
ー層の比誘電率が１．２以上２以下の範囲に選ばれるこ
とを特徴とする現像装置。
【請求項２】前記トナー層のトナー粒子の充填率が
０．３以上０．５以下の範囲に選ばれることを特徴とす
る請求項１記載の現像装置。
【請求項３】前記トナー層の層厚が１０μｍ以上２５
μｍ以下の範囲に選ばれることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の現像装置。
【請求項４】前記トナー粒子の平均比電荷の絶対値が
５μＣ／ｇ以上１５μＣ／ｇ以下の範囲に選ばれること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の現像
装置。
【請求項５】静電潜像を担持する静電潜像担持体と帯
電されたトナー粒子を担持するトナー担持体とが担持さ
れた前記トナー粒子からなるトナー層の厚みよりも大き
な間隙をあけて互いに対向して配置され、担持体間に電
界を形成して静電潜像を顕像化する現像装置において、前記トナー粒子間に働く非静電的な付着力が０より大き
く５ｎＮ以下の範囲に選ばれたトナーを用い、トナー担
持体のトナー層表面と静電潜像担持体表面との間の空隙
が０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ未満の範囲に選ばれ、ト
ナー層の比誘電率が２以上５．３以下の範囲に選ばれる
ことを特徴とする現像装置。
【請求項６】前記トナー層のトナー粒子の充填率が
０．５以上０．８５以下の範囲に選ばれることを特徴と
する請求項５記載の現像装置。
【請求項７】前記トナー層の層厚が６μｍ以上１５μ
ｍ以下の範囲に選ばれることを特徴とする請求項５また
は６記載の現像装置。
【請求項８】前記トナー粒子の平均比電荷の絶対値が
１５μＣ／ｇ以上２５μＣ／ｇ以下の範囲に選ばれるこ
とを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の現
像装置。
【請求項９】静電潜像を担持する静電潜像担持体と帯
電されたトナー粒子を担持するトナー担持体とが担持さ
れた前記トナー粒子からなるトナー層の厚みよりも大き
な間隙をあけて互いに対向して配置され、担持体間に電
界を形成して静電潜像を顕像化する現像装置において、前記トナー層は複数のトナー粒子層を積層して構成さ
れ、前記電界を形成するための印加電圧は、トナー担持
体に最近接するトナー粒子層以外のトナー粒子を静電潜
像担持体へ飛翔させる値に選ばれることを特徴とする現
像装置。