JPS6355709B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は静電像を現像する装置に関し、更に詳
言すれば現像剤担持体表面に形成した現像剤の薄
層と、静電像保持体表面とを非接触状態に保ちつ
つ、高電位静電像部分に選択的にトナーを転移さ
せて、これを顕像化する現像装置に関する。

従来、電子写真、静電記録における現像装置に
採用されている方法としては、大別して乾式現像
法と湿式現像法とがある。前者は、更に二成分系
現像剤を用いる方法と、一成分系現像剤を用いる
方法とに二分される。

二成分系接触現像方法では、必然的にキヤリヤ
ー粒子とトナー粒子の混合現像剤を用い、通常現
像過程の進行によりトナー粒子はキヤリヤー粒子
に比らべ遥かに大量に消費されるから、両者の混
合比が変化し、もつて顕画像の濃度が変動し、又
消費され難いキヤリヤー粒子の長時間使用による
劣化により画質が低下する等の欠点を本来有して
いる。

他方、一成分系の接触現像方法では、磁性トナ
ーを用いるマグネ・ドライ法及び磁性トナーを用
いないコンタクト現像法は、トナーが被現像面の
全面、即ち画像部、非画像部共に接触し、これが
ために非画像部にまでもトナーが付着し易く、所
謂地カブリとなつて汚れが生じ易い問題がある。
（このカブリの汚れの点については二成分系現像
法においても同様に生じる欠点である。） 更に、一成分系現像方法に属する所謂ジヤンピ
ング現像法として、シート等の担持体にトナーを
均一に塗布した後、これを静電像保持面に小間隙
を保つて対向させトナー担持体から静電像保持面
にトナーを静電像が有する電荷により吸引し付着
させて現像する方法が知られている（特公昭41−
9475号公報、米国特許第2839400号明細書等）。こ
の方法は、静電荷のない非画像部では、トナーが
吸引されないばかりか、トナーと非画像面とが接
触しないので、上述のカブリが出にくいという長
所を有している。又、キヤリヤー粒子を用いない
ので、上述した混合比の変動という事態もなく、
更にキヤリヤー粒子の劣化もない。

しかしながらこの方法は、 (1) 実用的な均一塗布が困難である。

(2) トナー支持体からの均一なトナー離脱が困難
である。

(3) 解像度が低い、等の為に末だ本格的な実用化
はなされていない。

このような欠点を防止するため、本出願人は先
に均一なトナー薄層を表面に形成して、スリーブ
と対向する静電像保持面を微小間隙に保ち、選択
的に高電位潜像面にトナーを転移させる現像方法
を提案している（特願昭52−109237号〜109242号
等）。

第１図はこのような現像装置の一例を示す断面
図である。図において、１は静電像保持手段、２
はスリーブ、３はホツパーで一成分トナー４を有
しており、５はドクターブレードで、トナーの厚
みを規制してスリーブ上に一様な厚さのトナー層
６を形成する。このトナー層６と静電像保持手段
との間は微小な間隙が保たれ、トナーはこの間隙
を飛翔して静電像に吸着する。７はマグネツトロ
ールである。この現像装置によつて静電像を顕像
化したところ、カブリのない、階調性の高い画像
を得ることができた。

ところがこの現像装置を使つて連続的に画像出
しをしたところ、以下の現象が発生した。

(1) 極端にトナー消費量の少ない白地の多い原稿
のコピーを300〜500枚続けた後、黒地原稿をコ
ピーしたところ、画像濃度Ｄは、1.3から1.0へ
と低下していた。また現像ムラの目立つ画像と
なつていた。

(2) 画像濃度が低下した現像器で連続的に黒地原
稿をコピーしたところ、30〜50枚続けたころか
ら画像濃度が1.3に回復し始めた。また現像ム
ラも少なくなつてきた。

(3) 上記(1)の画像濃度が低下した現像剤器のスリ
ーブ表面のトナーを払いのけて、新たにホツパ
ー内のトナーを吸着させて画像出しをしたとこ
ろ、画像濃度は1.3に回復した。

そこで、上記(1)の画像濃度の低下した現像器ス
リーブ表面のトナー粒径を測定したところ、粒径
１〜3μのトナーが主体であり、ホツパー内のト
ナー（平均粒径５〜10μ）と較べて明らかに粒径
が小さくなつており、このトナー粒径の変化によ
つて画像濃度の変化、現像ムラが起るらしいこと
が判明した。

本発明の目的は、上記の問題点を解決し、スリ
ーブ廻りのトナー粒径の変化による画像濃度の変
化を防止した現像装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明とは、現像剤担持体
表面に現像剤の薄層を形成し、この現像剤薄層と
静電像保持体面との間を微小な間〓に保ちつつ、
現像剤担持体表面から静電像保持体面に現像剤を
飛翔させて静電像を顕像化する現像装置であつ
て、上記現像剤担持体表面に絶縁体薄層を形成し
たことを特徴とする現像装置である。従つて本発
明のこの現像装置によれば、連続コピーをしても
画像濃度に変化の現われることがなく、また現像
ムラも防ぐことができるものである。

以下、本発明について更に詳細に述べる。

上述(1)〜(3)の現象は第２図を用いて次のように
説明される。ここで、２はスリーブ表面であり、
接地されているものとする。８はスリーブ２上に
付着した磁性トナー、０′は磁性トナー８の鏡映
力の働く点を示す。

スリーブ表面に薄くコーテイングされているト
ナーには、常にトナー電荷とトナーの鏡映電荷に
よる吸引力が働き、トナーはスリーブ表面に静電
吸着されている。この吸着力の大きさはトナー半
径をｒ、トナー電荷量をｑとすると、f₁＝Ｋq²／r² と表わされる。（Ｋ；比例定数）。また半径がmr
のトナーの場合、表面積に比例した電荷量m²qを
持つと考えられ、その吸着力は、f₂＝Ｋm²q²／r²と 表わされる。この時、トナーの単位重量あたりの
吸着力は、f′＝k′q²／mr⁵（K′；比例定数）と表わさ れるから、平均粒径が8μ（半径4μ）と2μ（半径1μ）
のトナーで比較すると、2μトナーの方が単位重
量あたり４倍の力でスリーブ表面に吸着している
ことになる。

ところでスリーブが回転してゆくと、トナーに
は磁気力によるトナーを毛羽立させる力、スリー
ブ上をころがす力等のトナーをほぐすような力が
働くが、単位重量あたりのトナーに働く磁気力は
8μトナーでも2μトナーでも等しい。このため、
2μトナーは8μトナーよりもスリーブ表層に吸着
しやすい。

このような過程を経て一度スリーブ上に吸着し
たトナーは、スリーブの回転につれてスリーブ表
面からより多くの電荷を付与され、さらに強くス
リーブ表面に吸着し、スリーブ表面は微粉トナー
の層で覆われることとなる。このような状況にお
いて新たに補給されるトナーは、微粉トナー層に
妨げられてスリーブ表面と接触することができ
ず、十分な電荷を得られないため、再現された画
像に濃度の低下、ムラが目立ちやすいこととなる
ものと考えられる。

そこで本発明は、スリーブ表面に微粉トナー層
が形成されることを防止するため、スリーブ表面
を極く薄い絶縁体で加工し、微粉トナーの鏡映力
を減じさせることに特徴を有している。

第３図を用いて表面を絶縁加工したスリーブの
作用を説明する。

ここで２はスリーブの導電体面であり、接地さ
れているものとする。導電体表面には誘電率ε、
厚さｄの絶縁体層９がコーデイングされており、
その表面には半径mrの磁性トナーが吸着してい
る。この絶縁体層の厚みは説明の都合上実際より
も誇張して描かれている。この時、トナーの鏡映
点は、トナー中心から２（mr＋ｄ／ε）離れた点
O′となる。

単位重量あたりのトナーに働く鏡映力は、 f″＝K″mq²／（mr＋ｄ／ε）²r³（K″；比例定数） と表わされる。

ここで１／（ｒ＋ｄ／ε）²＝ｍ／（mr＋ｄ／ε）²が
成 り立つ時、半径がｒ、とmrのトナーの単位重量
あたりのスリーブへの吸着が等しいことになる。
また、マグネツトによるトナー単位重量あたりの
磁気的なほぐし力は等しいことから、上記の式が
成り立つ時、スリーブ表面への選択的なトナー吸
着は防止できることになる。粒径8μ（半径4μ）と
粒径2μ（半径1μ）のトナーでこの式が成り立つた
めには、ｄ／ε＝２の関係が得られればよい。比
誘電率３の絶縁体を使つて絶縁体スリーブを作る
場合には、導電性円筒の上に約6μの絶縁体層を
形成すればよいこととなる。勿論この他の粒径の
トナーを用いる場合には、ｄ／εが変わるので、
それに応じて絶縁体の材質や厚みを変えることは
言うまでもない。

第４図は本発明の実施例を示す現像装置の断面
図で、第１図の装置と同じ部材には同一の参照符
号を付してある。

図において、１は静電像保持手段としての感光
ドラムであり、勿論ベルト状、シート状の形態の
ものでも良い。２は、この保持手段に対向して設
けられた現像剤担持手段で、図示のものは非磁性
円筒（スリーブ）である。

静電像保持手段１は矢印方向に動く。このとき
スリーブ２を静電像保持面と同一方向に回転させ
ることにより、ホツパー３から送られる一成分絶
縁性強磁性トナー４をスリーブ２面上に塗布し、
かつこの円筒面とトナー粒子との摩擦によつて、
トナー粒子に静電像電荷と逆極性の荷電を与え
る。このスリーブ２の表面には極く薄い絶縁体薄
層１０が設けられている。さらに鉄製ドクターブ
レード５をスリーブ表面に近接（間隔50μ〜
500μ）して配置することにより、トナー層６の
厚さを薄く（30μ〜500μ好ましくは30μ〜100μ）
かつ均一に規制する。なお、６はスリーブ２内に
固設されたマグネツトローラである。

ドクターブレード５を上記のように磁性部材で
形成すると、トナー層を薄く均一に規制できる。
その理由を第５図に示す。今マグネツトローラ７
の磁極Ｎにほぼ対向したスリーブ２外周部分に、
磁性ブレード５を設けると、磁極Ｎからの磁力線
１１は磁性ブレード５の先端に集中し、ブラシ状
トナーがスリーブとドクターブレードの間にカー
テン状に連なり、トナーがくぐりぬける事を食い
止める。わずかにスリーブ２にひきずられたトナ
ー６が、スリーブ表面にそつて少しくぐりぬける
だけである。そのためトナー層６は前述の如くき
わめて薄くすることができる。ドクターブレード
５として、磁石を用いれば、該部の磁界はさらに
強くなり、より有効である。

この構成の現像装置を用いて画像出しを行うに
あたつて、先ず磁性トナーとしては、一例とし
て、ポリスチレン50部、マグネタイト40部、電荷
制御剤３部、カーボン６部の割合で混合して周知
の方法により形成された平均粒径５〜10μのもの
を用いた。その他周知の磁性トナーが利用できる
こと勿論である。現像剤担持体としては、非磁性
材としてアルミニウム材を用い、これを図示の如
く円筒状にしてスリーブとした。磁石は、静電像
（電位コントラスト約600V）の保持部材とスリー
ブとの最接近部に磁極を配し、そのときの表面磁
束密度は600〜1300ガウス程度の範囲内から一例
として800ガウスを選んだ。

以上の、内容に基づき実際に画像出しを行なつ
た。まず、上記ポリスチレン系トナーを負に接触
帯電させた。スリーブ表面の絶縁体材料としてナ
イロンを選び、これを有機溶剤中に溶かしてスプ
レー法、又はデイツピング方法でアルミスリーブ
上に約6μ厚のナイロン薄層を形成した。そして
殆んどが白紙の原稿を使つて、連続して2000〜
3000枚コピーし続けたが、上述のような画像濃度
低下は生じなかつた。

また摩擦帯電系列上潜像電荷と同極方向に、即
ちトナーとは離れた点に位置する他の絶縁体材料
（例えばエポナイト、ガラス等）を用いて本発明
の絶縁層を有するスリーブが試作可能であつた。
上記のように絶縁体材料の材質を選ぶと、トナー
はこの絶縁体によつて充分な量の摩擦帯電電荷を
受けることができるので、鮮明な良い画像が得ら
れる。

絶縁層の厚みを各々変えて試作したスリーブを
使つて実験した結果からは、絶縁層が2μ以上の
厚みを有する時、スリーブ表面への選択的なトナ
ー吸着を防止することが可能であつた。しかしな
がら絶縁層の厚みが20μを超えてくると、静像保
持面とスリーブ表面との間の電界が著しく減少し
てしまい、最初から現像が抑制された薄い画像と
なることがわかつた。このことから、連続コピー
の最初から最後まで十分な画像濃度を得るための
スリーブ表面の絶縁層の厚さは２〜15μ程度が良
いといえる。

絶縁層材料は樹脂材料以外のものを選定しても
よい。例えば硫酸15％溶液中の陽極酸化法で表面
に5μのアルマイト層を形成したアルミスリーブ
を使つて、殆んどが白地の原稿を連続して3000〜
4000枚コピーし続けても、濃度低下の現象は生じ
なかつた。また硬質表面となつているためスリー
ブ表面にキズを生じることがなく、長期に渡り安
定なジヤンピング特性を示した。この時、アルマ
イトスリーブ表面のトナー粒度を測定したとこ
ろ、５〜10μのトナーが主体であり、ホツパー円
のトナーと粒径の変化はみられなかつた。

画像の質を更に向上させるため、第４図に示す
ように潜像保持手段１とスリーブ２との間に電源
１２によつてバイアス電圧を印加することが好ま
しい。このバイアス用の電源１２は直流でもよい
が、交流又は直流を重畳した交流等のように正負
の交番電界を与えるものであると、端部の鮮明で
地カブリが少なく、又階調性の高い画像が得られ
る。この理由については、本出願人が先に提案し
た特願昭53−92108号に詳しいので、ここではそ
の説明は省略する。なおブレード５もスリーブ２
と同電位にしてバイアス電圧がブレード５にリー
クするのを防止する。

これまでの本発明の実施例の説明に当つては、
一成分絶縁性強磁性トナーを用いて、現像剤支持
体と静電像保持体との間の微小な間隙を、このト
ナーを飛翔させて現像を行なう方法による例を示
したが、また導電性トナー、非磁性トナー、更に
は二成分現像剤を用いて、トナーを上記間隙から
静電像面へ向けて飛翔させる現像方法にも本発明
は適用できる。

以上詳細に述べたように、本発明は現像剤薄層
と静電像保持体面との間を微小な間隙に保ちつ
つ、この間隙を介して現像剤を静電像保持面に飛
翔底させて現像する現像装置にあつて、現像剤担
持体表面に絶縁体薄層を形成することとしたか
ら、粒径の小さなトナーが現像剤担持体表面に強
く静電吸着することを防ぐことができ、画像濃度
の変化や現像ムラを防止することが可能なつた。
そして本発明では現像剤担持体表面に絶縁体薄層
を形成したから、現像剤担持体に対する現像剤の
鏡映力による静電吸着力が低下せしめられ、前記
現像剤の飛翔に際して現像剤の現像剤担持体から
の離脱が容易となり、飛翔量が増して画像濃度が
向上し、また加速性が向上して細線の再現性も向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の現像装置の断面図、第２図及び
第３図は従来例と本発明とにおけるトナーとスリ
ーブとの静電吸着力を説明する説明図、第４図は
本発明の実施例による現像装置の断面図、第５図
は磁性ブレードの作用説明図、を示す。 図において、１……静電像保持手段、２……ス
リーブ、３……ホツパー、４……トナー、５……
ドクターブレード、６……トナー層、７……マグ
ネツトローラー、８……磁性トナー、９，１０…
…絶縁体薄層、１２……バイアス用電源、を表わ
す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 現像剤担持体表面に現像剤の薄層を形成し、
   この現像剤薄層と静電像保持体との間を微小な間
   〓に保ちつつ、現像剤担持体表面から静電像保持
   体表面に現像剤を飛翔させて静電像を顕像化する
   現像装置であつて、上記現像剤担持体表面に絶縁
   体薄層を形成したことを特徴とする現像装置。 ２ 上記現像剤は一成分トナーであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の現像装置。 ３ 上記現像剤のトナーは磁性トナーであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の現像
   装置。 ４ 上記現像剤担持体は、磁性トナーを搬送する
   ための磁界発生手段を有することを特徴とする特
   許請求の範囲第２項に記載の現像装置。 ５ 上記現像剤担持体は、非磁性円筒体とマグネ
   ツトロールとを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第４項に記載の現像装置。 ６ 上記現像剤のトナーは絶縁性トナーであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の現
   像装置。 ７ 上記現像剤担持体は導電性であつて、これに
   バイアス電圧が印加されることを特徴とする特許
   請求の範囲第６項に記載の現像装置。 ８ 上記バイアス電圧は交番バイアス電圧である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の
   現像装置。 ９ 上記絶縁体薄層は摩擦帯電系列上トナー材質
   より離れ、静電像極性と同方向の位置にある材質
   から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   に記載の現像装置。