JPH09197803A

JPH09197803A - 現像装置

Info

Publication number: JPH09197803A
Application number: JP2859196A
Authority: JP
Inventors: Akira Sawada; 彰沢田; Hiroharu Suzuki; 弘治鈴木; Kazunori Karasawa; 和典唐沢; Toshihiro Sugiyama; 敏弘杉山
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1996-01-22
Publication date: 1997-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】非磁性一成分系の現像装置で、ホールド力の
強い現像剤担持体から高帯電現像剤引き難し、高帯電現
像剤が堆積することを防ぎ、現像剤担持体表面を常に初
期と同じ状態に保ち、現像剤担持体上で最適な現像剤付
着量と帯電量を経時変化なく得る。【解決手段】表面が規則的または不規則に微小面積で
分布した誘電部と接地された導電部とからなる現像ロー
ラ５と、現像ローラ５に接触して回転するトナー供給ロ
ーラ６を有し、現像剤ローラ５上に担持された現像剤に
より静電潜像を可視像化する現像器２である。画像形成
時にはトナー供給ローラ６に現像ローラ５と同電位また
はトナー供給ローラ６から現像ローラ５に現像剤が移動
する方向のバイアスを与える。画像形成時以外の時には
トナー供給ローラ６に現像ローラ５と同電位または現像
ローラ５からトナー供給ローラ６に現像剤が移動する方
向のバイアスを与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＰＣ、ＰＰＦ、
ＬＢＰ等の電子写真方式の画像形成装置の現像装置に関
し、特に非磁性一成分現像剤を使用した現像装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】非磁性一成分現像方式での現像剤の最適
付着量と帯電量については、例えば特開昭６０−２２９
０５７号公報や特開昭６１−４２６７２号公報に開示の
装置では、現像ローラ上付着量が０．２〜０．５ｍｇ／
ｃｍ²と少なかった。付着量としては転写紙上には０．
５〜０．７ｍｇ／ｃｍ²が必要であり、感光体上では
０．６〜１．０ｍｇ／ｃｍ²が必要であるが、現像ロー
ラ上に充分な付着量は得られないため、所望の付着量は
得られていない。このため、現像ローラの回転の線速を
感光体の線速の２〜４倍にしてトナーの付着量をカバー
している。

【０００３】この速度比２〜４倍の現像ローラの回転に
は問題があり「現像剤後端より」と称される現象で発生
し、ベタ部を現像した場合、画像の後端部の濃度が高く
なる。この現象は未解決の状態であり、白黒機でも問題
にはなったものの許容されてきた。

【０００４】一方、カラー画像では上記「現像剤後端よ
り」は大きな問題となる。カラー画像は現像剤を透過し
てみるため、後端部では濃度が濃く、特に重ね画像の場
合は色違いとなってしまう。この現象を改良しようとす
れば現像ローラの線速を感光体の線速に近づけることで
あり、現像ローラ上の付着量を多くして回転数を小さく
することである。つまり等速現像が必要となる。ローラ
上の現像剤付着量は少なくとも０．８ｍｇ／ｃｍ²（現
像効率の良い接触現像法）から、１．０ｍｇ／ｃｍ²以
上（現像効率の低い非接触現像法）の付着量が必要にな
る。

【０００５】なおこの種の現像装置に関する先行技術と
しては、特開昭５３−３５５５０、特開昭５５−ｌｌ８
０６３、特開平２−２８２７６７号公報に開示されるも
の等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本出願人らは、上記現
像剤付着量を得られる搬送力の強い現像剤担持体とし
て、特開平４−ｌ２７ｌ７７に記載される現像剤担持体
を提示している。しかし前述のような搬送力の強い現像
剤担持体を用いた場合、高帯電現像剤は現像剤担持体と
の付着力が強固なために、現像されず現像剤担持体上に
未現像現像剤として残ってしまう。その後新たな現像剤
が供給されるが未現像現像剤が最下層に付着し、現像剤
担持体との距離が近くなるためにますます付着力が強固
になり、電気的な力で拘束され現像剤担持体から離れる
ことが出来なくなる。

【０００７】そして、このような過程を繰り返すうちに
現像剤層中に現像剤担持体に強固に拘束され、堆積した
現像剤の割合が増加する。このような現像剤は現像され
ることが無いので現像剤担持体上で現像剤、層化部材に
何度も摩擦されるうちに現像剤担持体に完全に溶着した
状態になってしまい、固着する現像剤の量が増えるにし
たがって現像剤担持体はその機能を失い、等速現像に必
要な現像剤付着量と帯電量を得られなくなってしまった
り、現像剤の付着ムラなどが発生し、画像に悪影響を及
ぼす。

【０００８】このような堆積した高帯電現像剤の除去に
ついて従来有効な提案はなされておらず、現像ローラ固
着により、画像品質の著しい低下が発生し、実用化の妨
げになっていた。

【０００９】本発明は、上記従来の問題点に鑑み、特に
ホールド力の強い前記現像剤担持体から高帯電現像剤引
き難し、高帯電現像剤が堆積することを防ぎ、現像剤担
持体表面を常に初期と同じ状態に保ち、現像剤担持体上
で最適な現像剤付着量と帯電量を経時変化なく得る非磁
性一成分系の現像装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の現像装置のうち
請求項１に係るものは、上記目的を達成し、現像剤担持
体のようなホールド力の強い現像剤担持体においても高
帯電現像剤の堆積を防ぎ、現像剤担持体表面を常に初期
と同じ状態に保ち、現像剤担持体上で最適な現像剤付着
量と帯電量を経時変化なく得ることを可能とするため
に、表面が規則的または不規則に微小面積で分布した誘
電部と接地された導電部とからなる現像剤担持体と、該
現像剤担持体に接触して回転する現像剤供給部材とを有
し、上記現像剤担持体上に担持された現像剤により静電
潜像を可視像化する現像装置において、画像形成時には
上記現像剤供給部材に現像剤担持体と同電位または上記
現像剤供給部材から上記現像剤担持体に現像剤が移動す
る方向のバイアスを与え、画像形成時以外の時には上記
現像剤供給部材に上記現像剤担持体と同電位または上記
現像剤担持体から上記現像剤供給部材に現像剤が移動す
る方向のバイアスを与えることを特徴とする。

【００１１】同請求項２に係る現像装置は、画像に影響
を及ぼさずに現像剤担持体表面を常に初期と同じ状態に
保ち、現像剤担持体上で最適な現像剤付着量と帯電量を
経時変化なく得ることを可能とするために、紙間、画像
形成プロセス開始前または画像形成プロセス終了後に、
上記現像剤供給部材に上記現像剤担持体から上記現像剤
供給部材に現像剤が移動する方向のバイアスを与えるこ
とを特徴とする。

【００１２】同請求項３に係る現像装置は、現像剤担持
体上の現像剤にムラが発生することを防止できるように
するために、上記現像剤担持体から上記現像剤供給部材
に現像剤が移動する方向のバイアスを与える時間を、上
記現像剤担持体が１周する時間以上とすることを特徴と
する。

【００１３】

【発明の実施の形態及び実施例】以下本発明の実施の形
態及び実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明
の実施の対象となる現像装置の概要を示す断面図であ
る。感光体１の回転の線速は１２０ｍｍ／秒であり、図
中矢印の方向に回転している。現像器２の現像器ホッパ
ー３内に納められた現像ローラ５は、図中矢印のように
感光体１と逆方向に回転（線速約１２０ｍｍ／秒）し、
現像を終了した後、トナー供給ローラ６との接触部Ａに
到る。図中７はアジテータである。

【００１４】トナー供給ローラ６は感光体１と同方向に
回転（回転線速は現像ローラ５の線速の約１．２倍）
し、現像ローラ５及びトナー４との摩擦により現像ロー
ラ５の微小誘電部に摩擦帯電を与え、現像ローラ５上に
マイクロフィールドを作る。トナー供給ローラ６に付着
して帯電したトナー４は、現像ローラ５のマイクロフィ
ールドに静電的に吸引され、多層に付着する。供給され
たトナー４は、２０〜３０Ｎ／ｍの線圧で面部またはエ
ッジ部を含んだ面部で現像ローラに当接している現像剤
の層厚規制部材８により制御規制され、現像ローラ５上
でトナー薄層となる。この結果、現像ローラ５上には
１．０〜１．５ｍｇ／ｃｍ²のトナー付着量、８〜１５
μＣ／ｇの帯電量が得られ、現像に十分の特性の薄層が
得られる。

【００１５】現像ローラ５は更に回転し、現像域（現像
ギャップ）９に達する。現像域９では、非接触現像法で
現像を行うが、感光体１の線速と現像ローラ５の線速は
等速とし、飛翔条件のよい現像バイアスを印加する。図
中２１は現像バイアス高圧電源、２２は供給バイアス高
圧電源である。

【００１６】図２、３に本発明の現像装置において実施
する現像ローラ５へのバイアス印加のタイミングチャー
トを示す。このチャートにおいて、感光体１上の画像部
が現像ローラ５との現像ギャップ９を通過する時間は図
に示す時間１〜４である。この間には現像バイアスをか
ける。ネガポジ現像で考える場合、帯電オフで現像バイ
アスオンではベタ現像となってしまうため、帯電は時間
０〜５で行う。時間１〜４では、現像ローラ５とトナー
供給ローラ６は同電位であるので、現像ローラ５上の閉
電界は開くことなく現像剤をホールドし続ける（図４参
照）。ここで時間４〜５で供給バイアス電源２２オン、
現像バイアス電源２１オフとすることにより両者の間に
電界が発生し、現像ローラ上の微小閉電界を開く（図５
参照）。この微小閉電界を開く作用により、マイナス帯
電したトナーは現像ローラ５のホールド力が無くなり、
現像ローラ５から供給ローラ６に移動する。また、この
力はトナーの帯電量が大きいほど大きいので、高帯電ト
ナーを効果的に剥離することができる。図３のように潜
像担持体上ｌの画像部が現像ギャップ９を通過する時間
１〜４の前の時間０〜１に上記のような現像ローラ５か
ら供給ローラ６へ現像剤が移動する電界を発生させるこ
ともできる。

【００１７】ところで、上述のようなバイアスの印加の
ない条件でランニングテストを行うと、１０００枚プリ
ントで画像濃度が低下し始め、３０００枚プリント以降
では画像濃度が１．０以下となり、画像としての不具合
として顕在化する。本出願人らが調査した結果、現像ロ
ーラ５上には上述のようなランニングテストにより最下
層に１μｍ程度の微小な高帯電現像剤が堆積し、この微
小高帯電現像剤が現像ローラ５上の微小閉電界を減衰さ
せ、現像剤の帯電及びホールドという機能を経時的に奪
い、結果として、画像濃度ムラや画像濃度低下を引き起
こすことがわかった。

【００１８】そこで図２、３に示すタイミングチャート
に則って紙間で現像剤を現像ローラ５からトナー供給ロ
ーラ６に引き戻す方向の電界をローラ２周分かけて同様
のランニングテストにより確認したところ、１００００
枚プリント時でも画像濃度が低下しなかった。また６０
０００枚プリント時でも現像ローラ５に固着がみられな
いことが確認された。

【００１９】図６に上述の実験に用いた帯電量測定器を
示す。図中３１はＸＹＺテーブル、３２はＱメータ、３
３はノズル、３４はフィルタ、３５は筒状本体、３６は
ギャップ３７を管理するためのマイクロメータである。
ノズル３３と現像ローラ５のギャップ３７は、ＸＹＺテ
ーブル３１により管理される。この距離を３段階取り、
現像ローラ５上に発生した微小閉電界に捕捉され、多層
に吸着した現像剤を上の方から３段階に分けて吸引し、
それぞれの帯電量を測定した。すると、最上層（現像ロ
ーラ５から最も離れた位置）にある現像剤の帯電量は７
μＣ／ｇであり、中層にある現像剤の帯電量はｌ５μＣ
／ｇであり、最下層にある現像剤の帯電量は３５μＣ／
ｇで（図７参照）、全平均帯電量はｌ３μＣ／ｇであっ
た。このことから、最下層には平均帯電量に比して帯電
量の非常に大きな現像剤が存在することがわかる。

【００２０】次に現像ローラ５上に多層に堆積した現像
剤の上、中層を粘着テープで取り去り、その下にある現
像剤（即ち最下層の現像剤）を導電性粘着テープで採取
し、電子顕微鏡で観察した。初期及び本発明実施では現
像剤は通常の大きさのものが観察された（図８は現像ロ
ーラ５の初期状態の電子顕微鏡での観察結果、図９は本
発明のバイアス印加条件での１００００枚プリント後の
現像ローラ５の電子顕微鏡での観察結果を示す）が、本
発明のようなバイアス印加を行わない１００００枚プリ
ントでは、粒径が１μｍ程度と観察される微小現像剤が
びっしりと現像ローラ５の近傍を埋め尽くしていること
が観察された（図１０参照）。図１１は現像ローラ５の
初期状態における表面状態の拡大（×２５０）観察結果
を示し、図１２は本発明のバイアス印加を行って６００
０枚プリント後の同観察結果を、図１３はバイアス印加
を行わないで６０００枚プリント後の同観察結果を示
す。図１３では固着トナーＳが存在している。図１４は
プリント枚数による画像濃度ＩＤの推移を示し、図中実
線で本発明の実施時を、点線で非実施時を示す。

【００２１】これら３つの実験の結果から、本発明のバ
イアス印加を行わないと、付着した現像剤の最下層では
微小で高帯電な現像剤がその高帯電と現像ローラの微小
閉電界により強力に付着し、堆積して現像ローラの機能
（微小閉電界の発生）を妨げてしまうことがわかった。
また、長期のランニングテストではこの堆積したトナー
が度重なるストレスにより溶解しトナー固着になり、現
像剤担持体の機能が全く果たせなくなるという現象が発
生する。この現象は現像ローラではその微小閉電界によ
り現像剤をホールドするという現像剤担持のメカニズム
上避けがたい。

【００２２】上述の本発明の実施及び比較実験に使用し
た現像部品特性及び現像条件を下記する。（１）トナー供給ローラ６発泡ポリウレタンスポンジローラで径１６ｍｍ、芯金径
８ｍｍ、混練時にカーボンを内添、分散し、その後発
泡、型形成した。食い込み：１ｍｍ、体積抵抗：約ｌｘ
１０６Ωｃｍである。（２）層厚規制部材８板状のウレタンゴムで厚さｔ＝２ｍｍ、対現像ローラ接
触圧：２０〜３０Ｎ／ｍ、エッジ部角度：９０°、ゴム
硬度：７３°、ヤング率：０、６６ｇ／ｍｍ²のもので
ある。（３）現像ローラ１０ローレットタイプで、ローラ径は２５ｍｍ、０．２ｍｍ
ピッチ、深さ０．１ｍｍ、溝巾０．２ｍｍで角溝状のア
ヤメローレット加工を行ったものである。誘電層コート
はエポキシ変性シリコーン樹脂（東レ製：ＳＲ２１ｌ
５）をコーティングし、１００℃で約３０分乾操させ、
表面切削加工して、導電面を露出させたものである。導
電部面積は約５０％で、誘電部も５０％とする。（４）現像バイアス電源２１非接触現像で現像ローラ５へはＤＣ−６５０Ｖ印加、Ａ
Ｃ：中心値−６００Ｖ、振幅１２００Ｖ、周波数１ＫＨ
ｚ、矩形波、デューティ比１：１（５）供給バイアス電源２２画像形成時：−６５０Ｖ（６）現像ギャップ９１５０μｍ（感光体１はローラタイプを使用）とする。（７）感光体１ＯＰＣで、表面電位：地肌部−９１０ｖ、書き込み部
（画像部）−１５０Ｖとする。（８）現像剤４非磁性スチレンアクリル系＋ポリエステル系樹脂使用の
負帯電トナーを用いる。（９）外添剤：シリカ微粉末０．７ｗｔ％を用いる。

【００２３】以上説明してきた実施形態及び実施例例
は、負帯電感光体でのＮ／Ｐ現像で説明したが、極性、
Ｐ／Ｐ現像など一般的な条件でも可能である。

【００２４】

【発明の効果】請求項１の現像装置は、以上説明してき
たように、現像剤担持体のようなホールド力の強い現像
剤担持体においてもバイアスを与えることにより微小閉
電界を開くことで、高帯電現像剤の堆積を防ぎ、現像剤
担持体表面を常に初期と同じ状態に保ち、現像剤担持体
上で最適な現像剤付着量と帯電量を経時変化なく得るこ
とができるという効果がある。

【００２５】請求項２の現像装置は、紙間または画像形
成プロセス開始前または画像形成プロセス終了後に現像
剤供給部材に現像剤担持体から現像剤供給部材に現像剤
が移動する方向のバイアスを与えることにより、現像剤
担持体に発生する微小閉電界を開き、現像剤担持体のよ
うなホールド力の強い現像剤担持体においても高帯電現
像剤の堆積を防ぎ、なおかつ画像に影響を及ぼさずに現
像剤担持体表面を常に初期と同じ状態に保ち、現像剤担
持体上で最適な現像剤付着量と帯電量を経時変化なく得
ることができるという効果がある。

【００２６】請求項３の現像装置は、現像剤担持体から
現像剤供給部材に現像剤が移動する方向のバイアスを与
える時間を現像剤担持体が１周する時間以上とすること
により、現像剤担持体上の現像剤にムラが発生すること
を防止することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の対象となる現像装置の概要を示
す断面図である。

【図２】本発明の現像装置において実施する現像ローラ
へのバイアス印加のタイミングチャートである。

【図３】本発明の現像装置において実施する現像ローラ
へのバイアス印加のタイミングチャートである。

【図４】現像ローラ上の閉電界が開かずに現像剤をホー
ルドし続ける状態の概念図である。

【図５】現像ローラ上の閉電界が開いて現像剤が移動す
る状態の概念図である。

【図６】帯電量測定装置の模式的断面図である。

【図７】図６の装置での実験結果を示す概念図である。

【図８】現像ローラの初期の最下層の現像剤の状態を示
す図である。

【図９】同本発明実施での１００００枚ランニングテス
ト後の最下層の現像剤の状態を示す図である。

【図１０】同本発明非実施での１００００枚ランニング
テスト後の最下層の現像剤の状態を示す図である。

【図１１】初期の現像ローラ表面を拡大して示す図であ
る。

【図１２】本発明実施での６０００枚ランニングテスト
後の現像ローラ表面を拡大して示す図である。

【図１３】本発明非実施での６０００枚ランニングテス
ト後の現像ローラ表面を拡大して示す図である。

【図１４】本発明実施及び非実施での１００００枚ラン
ニングテストの画像濃度変化推移を示すグラフである。

【符号の説明】

１感光体２現像器３現像器ホッパー４現像剤（トナー）５現像ローラ（現像剤担持体）６トナー供給ローラ（現像剤供給部材）７アジテータ８層厚規制部材９現像ギャップ２１現像バイアス用高圧電源２２供給バイアス用高庄奄源３１ＸＹＺテーブル３２Ｑメータ３３ノズル３４フィルタ３５筒状本体３６マイクロメータ３７ギャップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉山敏弘東京都大田区中馬込１丁目３番６号株式会社リコー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が規則的または不規則に微小面積で
分布した誘電部と接地された導電部とからなる現像剤担
持体と、該現像剤担持体に接触して回転する現像剤供給
部材とを有し、上記現像剤担持体上に担持された現像剤
により静電潜像を可視像化する現像装置において、画像
形成時には上記現像剤供給部材に現像剤担持体と同電位
または上記現像剤供給部材から上記現像剤担持体に現像
剤が移動する方向のバイアスを与え、画像形成時以外の
時には上記現像剤供給部材に上記現像剤担持体と同電位
または上記現像剤担持体から上記現像剤供給部材に現像
剤が移動する方向のバイアスを与えることを特徴とする
現像装置。
【請求項２】紙間、画像形成プロセス開始前または画
像形成プロセス終了後に、上記現像剤供給部材に上記現
像剤担持体から上記現像剤供給部材に現像剤が移動する
方向のバイアスを与えることを特徴とする請求項１の現
像装置。
【請求項３】上記現像剤担持体から上記現像剤供給部
材に現像剤が移動する方向のバイアスを与える時間を、
上記現像剤担持体が１周する時間以上とすることを特徴
とする請求項１の現像装置。