JPH01257970A - 現像方法及びそのための現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、−成分現像剤を用いて現像する現像方法及び
その為の現像装置に関する。

従来の技術 トナー担持体上に供給された一成分現像剤であるトナー
を、層規制部材によって薄く均一なトナー層を形成し、
このトナー層を、表面に静電潜像を保持する静電潜像保
持体に送ると共に、トナー担持体に現像バイアスを印加
して、トナーを静電潜像に付着させ、顕像化する現像方
法（以下、−成分現像方法という）及びそのための現像
装置（以下、−成分現像装置という）はよく知られてい
る。

この様な一成分現像方法及び−成分現ｃ！４装置におい
て、非画像部領域への現像を防止することや、画像に適
度なエツジ効果を与えたり、階調性を改善するなどの目
的のために、トナー担持体に電気的パルスバイアスを印
加しなり、交流バイアスを印加すること、即ち、現像バ
イアスを印加することも、例えば実公昭５４−２６８２
号公報や特開昭５５−１８６５７号公報などに記載され
公知である。

また、現像バイアスを印加した際には、現像バイアスの
放電が生じ易くなり、画像欠陥が発生するが、特開昭６
０−８０８７５号公報には、これを解決するなめ、現ｍ
電極効果が得られる条件として、導電性微粉末を分散し
た樹脂よりなる成形材料によって形成された、比抵抗１
０〜１０１２Ω・（２）の半導電性トナー担持体を使用
することが開示されている。

また、特開昭６０−２５４１６１号公報にも、半導電性
トナー担持体を用いる方法が記載されている。即ち、ト
ナー担持体と静電潜像保持体との間に交番電界を形成し
て、トナーを飛翔させ、現像を行う方法において、トナ
ー担持体層の比抵抗を１０６〜１０１２Ω・■とじ、ト
ナー担持体層の厚さをしく１）、比誘電率をεとすると
き−Ｌ／ε≦４×１０’（１）とすることが規定されて
いる。これは、ある規定された厚みと比抵抗を持つトナ
ー担持体層を、現像電極と静電潜像保持体との間に挿入
することで、現像電極と静電潜像保持体との距離を大き
くとって、静電潜像の周辺電場を生じさせる一方で、静
電潜像保持体のトナーとの距離を小さくとって、電気力
線に沿ってトナーの移動を可能にする条件である。この
様な半導電性のトナー担持体層を持つことにより、金属
スリーブを用いたときに比べて、網点つぶれのない高解
像力の画像を提供することが出来る。

発明が解決しようとする課題 ところで、前記特開昭６０−８０８７５号公報に記載さ
れているような導電性微粉末を分散した樹脂よりなる成
形材料から形成された半導電性のトナー担持体は、安価
に生産できると言う利点を有してはいるが、導電性微粉
末が分散しているため、その分散状態の影響を受は易く
、トナー担持体の表面方向に均一な抵抗を有するものが
得にくかっな。

そのため、均一な画像を得ることが難しく、その影響が
画像に濃度むらとなって現れるという問題があった。こ
れは、特に黒色トナーを用いた場合よりも、カラートナ
ーを用いた場合に著しく、三原色を重ね合わせて画像を
つくるフルカラーコピーの場合は、色彩のむらとなって
現れると言う欠点を有していた。

一方、特開昭６０−２５４１６１号公報にも記載されて
いるように、上記のような半導電性トナー担持体層は、
網点つぶれのない高解像力の画像を提供することを目的
とするものではあるが、半導電性トナー担持体層の厚み
とその比誘電率の比を上記のように規定するだけでは未
だ十分でない、それはし／εが０に近づいた場合のこと
を考えれば明らかである。即ち、その様な場合は、金属
スリーブと同等になり、網点つぶれのない高解像力の画
像を得ることができなくなる。したがって、し／εには
下限が存在するのであり、その下限は、現像条件によら
ず一義的に決定されるものではないが、一般的な複写機
の条件では、比誘電率と厚みに依存する有限の値になる
と考えられる。

ところで、画像のむらをなくすために、均一で高抵抗の
半導電性トナー担持体層を得る方法としては、アルミニ
ウムの陽極酸化や、α−８１の薄膜形成等の方法が考え
られる。アルミニウムの陽ｆ！を化法によれば、１０〜
１０’Ω・ｃｍの比抵抗を持つ均一な膜を形成すること
ができるが、形成される膜の膜厚は、一般に２０〜３０
μである。

また、α−８ＩＷＡも比抵抗を１０〜１０１０Ω・■に
制御することが可能であるが、膜厚は、高々２０〜３０
ρにしかならない、この様な半導電性の薄膜は、現像バ
イアスの放電を防止することはできるが、静電潜像保持
体と現像電極の間に形成される現像電場の観点から見る
と、金属スリーブと同様に、静電層像部周辺電場が生じ
なくなり、網点っぷれのない高解像力の画像を得ること
ができない。

例えば、アルミニウムの陽極酸化によって形成された２
０潤の膜厚を有するトナー担持体層を持つトナー担持体
を用いて現像試験を行うと、現像むらはないが、網点の
つぶれたトナーの飛び散りの多い画像しか得られない。

したがって、本発明の目的は、現像バイアスの放電を防
止し、現像むらのない均一な画像を形成することができ
る一成分現像方法及びそのための−成分現像装置を提供
することにある。

本発明の他の目的は、網点つぶれのない高解像力の画像
を得ることができる一成分現像方法及びそのための−成
分現像装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び作用 本発明の一成分現像方法は、トナー担持体の表面にトナ
ーを供給し、層規制部材によって薄く均一なトナー層を
形成し、該トナー層を表面に静電潜像を保持する静電潜
像保持体に送り、該トナー担持体に現像バイアスを印加
することにより、トナーを静電潜像保持体に移動させて
静電潜像を顕像化するものであり、そして、トナー担持
体として、比抵抗１０〜１０１２Ω・ｃｍのセラミック
で形成された半導電層を有するものを用いることを特徴
とする。このセラミック層は、プラズマ溶射により膜形
成後、さらに封孔処理されたものであることがより好ま
しい。

また、本発明の一成分現像装置は、少なくとも、静電潜
像保持体にトナーを供給するトナー担持体ロールと、該
トナー担持体ロールに当接してトナー担持体ロール上に
トナー層を形成させると共に、所定の電荷を付与するた
めの層規制部材とを有し、そして、該トナー担持体ロー
ルが、その表面に、比抵抗１０〜１０１２Ω・ｃｍのセ
ラミックで形成された半導電層を有することを特徴とす
る。

本発明において、半導電層の比抵抗を１０４〜１０１２
Ω・儂の範囲にした理由は、比抵抗が１０４Ω・■より
小さくなると、静電潜像保持体と現像電極の間に形成さ
れる現ｉ電場が金属スリーブと同じ様になり周辺電場が
生じなく、網点つぶれのない高解像力の画像を得ること
が出来なくなり、また、比抵抗が１０１２Ω・１より大
きくなると、画像中央部の電界コントラストが小さくな
り、ベタ画像部中央の濃度が低下することになるからで
ある。

半導電層の厚みは、網点の忠実再現を考えると、１００
　ａ〜１０００ｓの範囲が好ましい、膜厚が１００−よ
り小さい場合は、網点再現性が悪くなる傾向にあり、１
０００虜を越えるとベタ画像部中央の画像濃度が低下す
るようになる。

本発明において、半導電層は、現像電極上にプラズマ溶
射によって形成される。プラズマ溶射は、１０〜５０虜
程度のセラミック粒子をアーク放電によって溶融させ、
トナー担持体の基材である現像電極の上に吹き付けて行
うもので、それにより、所望の比抵抗を有する半導電性
の膜が形成される。

−ｉにセラミックには、導電性のものから絶縁性のもの
まで、幅広い範囲の比抵抗を持つものがあるが、このセ
ラミックを使用し、プラズマ溶射によって比抵抗を半導
電性の任意の値に制御する方法として、二つの方法が考
えられる。その一つは、はぼ同じ粒径で比抵抗の異なる
二種類のセラミック粒子を、一定の割合で均一に混合し
て溶射し、一定の比抵抗値にする方法であり、他の一つ
は、半導電性の一定の抵抗値を持つセラミックを使用す
るか、または、サブミクロンないしミクロンオーダーで
異なった比抵抗を有するセラミック粒子を混合造粒し、
初めから目的とする半導電性の比抵抗を有する粒子を作
成し、プラズマ溶射する方法である。

後者の方法においては、形成された層の表面には、二種
類の粒子が１０〜５０ＩＩＩＩの大きさで不均一に並ん
でいることになるが、厚み方向では、これ等の並び方は
ランダムであるため、膜量体としては、均一な抵抗を有
することになる。したがって、本発明においては、上記
二種類のいずれの方法を採用しても均一な比抵抗を有す
る半導電層を形成することができる。

本発明において使用されるセラミックとしては、プラズ
マ溶射が可能な材料であれば、どのようなしのでも用い
ることが出来る。絶縁性材料としては、例えばアルミナ
（Ａ１２０３）、ムライト（３Ａ１　０　　・２Ｓｉ０
２）、ステアタイト（ＭｇＯ・Ｓ　ｉ０２　）　、フォ
ルステライト（２Ｍｇｏ・ＳＩＯ，、）、ベリリア（Ｂ
ｅｄ）　、窒化ケイ素（ｓ　１３　Ｎ４　＞−炭化ケイ
素（ＳｉＣ）等があげられ、これ等と組合せて任意の抵
抗のものを得るために使用されるものとしては、酸化チ
タン（ＴｉＯ）、酸化ｍ　（Ｓ　ｎ　０２　）　、酸化
ジルコニウム（ＺｒＯ）、マグネタイト（Ｆｅ３０４）
等があげられる。また、最初から所定の比抵抗の値を得
るために使用されるものとしては、フェライト（（Ｍ　
　　Ｆｅｘ）３　）０４　）（但し、Ｍは１−× 鉄以外の１種又は２種以上の金属を表わす）があげられ
る、尚、上記のものは、本発明において使用されるセラ
ミック材料の一例であって、本発明がこれらのものに限
定されるものではない、これ等のセラミック材料は、ト
ナーの帯電性に影響を与えるが、一般的に利用可能なセ
ラミックならば、差は僅かである。

本発明において、上記のセラミックのプラズマ溶射によ
って形成された半導電層は、プラズマ溶射の性質上、そ
の中に１」から１０９ｍ程度の空孔が存在し、その中に
は、表面から基板である現像電極まで繋がっているもの
もある。一般にセラミックは、水分を吸着し易く、水分
を吸着した空孔は、抵抗を低下させる原因となる。その
ため、環境の変化に対応する比抵抗の変化は、大きいも
ので１０５オーダーにもなり、環境の変化による画像濃
度や階調性の変化が著しく、更に現像バイアスの放電の
電圧が変化して、使用に耐え得ない場合がある。それを
防止するなめに、樹脂により封孔処理を行うことが好ま
しい、封孔処理をすることにより環境による比抵抗の変
化を１桁以内に収めることができる。

使用される封孔剤としては、シリコン樹脂、エポキシ樹
脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等があげられる。

本発明の一成分現像方法において使用する一成分現像装
置について、第１図により説明する。ロール状のトナー
担持体２は、現像電極８の表面に上記の半導電層６が形
成された構造を有しており、そして静電潜像５を保持す
る静電潜像保持体４に現像間隙ｄをもって対向して配設
される。１は層規制部材１であり、７はトナー３をトナ
ー担持体上に供給するためのトナー供給ロールであり、
８は現像電極であり、９は現像バイアス電源である。

この現像装置において、トナー３はトナー供給ロール７
と層規制部材１によってトナー担持体２の半導電層６上
にトナー層として担持され、同時に帯電が行われる。一
方、トナー担持体の現像電極８には、現像バイアス電源
９により、例えば方形波交番電界を重畳したバイアス電
圧が印加される。トナー担持体の回転により現像領域に
搬送されなトナー層は、静電潜像保持体４に向かって飛
翔し、静電潜像５の顕像化が行われる。

実施例 以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

実施例１ それぞれ粒径１０〜５０ａの粒子に造粒したＡｌ２Ｏ及
びＴ　ｉ　Ｏ２を、それぞれ９４部及び６部、均一に混
合し、プラズマ溶射によりＳＵＳの円柱基板上に層形成
させた。ダイヤモンド研磨により、厚さ４００ｍになる
ように研削し、直径２０市のロール状のトナー担持体を
得た。このトナー担持体の表面にシリコン樹脂を浸込ま
せて、封孔処理を施した。更に表面を研磨して、表面粗
さをＲａで０．３部程度にしな、このセラミック層の比
抵抗を環境を変えて測定したところ、第１表に示す結果
が得られた。このトナー担持体の静電容量を常温常圧下
で測定したところ、４８ｐｆ／　ａｌ！、比誘電率に換
算すると、約２２であった。

第１表　トナー担持体の環境に よる比抵抗（Ω・１） 上記トナー担持体を装着した第１図に示すような現像装
置を用い、低温低湿（１５℃、３０％　）　、常温常温
（２２℃、６０％）、高温高温（３０℃、８５％）の三
環境で現像テストを行った。

トナーとしては、平均粒径１２ｍ＋のマゼンタトナーを
使用しな、これはバインダー樹脂として芳香族系ポリエ
ステル９６重量部、色材としてカーミン６Ｂ　　４重量
部を溶融混練した後、粉砕し、分級したものに、シリカ
Ｒ９７２を１重量部外添したものであった。トナーは、
トナー供給ロール７と層規制部材１によって、トナー担
持体２上に層形成され、同時に帯電が行われた。そして
、このトナーを静電気力や、ファンデルワールス力等に
よりトナー担持体に保持させ、現像領域に搬送した。

一方、電極間隙ｄは、２００虜に保持され、この間隙に
周波数２．５にＨｚの正弦波交番電界を加え、２．２に
Ｖ　（ピーク対ピーク）の電圧を加えコピー画像を得た
。このときの潜＠電位は■０が８００　Ｖ、背景部電位
が２００ｖであり、背景部制御バイアスとしてＤＣ２５
０Ｖを印加した。

トナー担持体上に層形成されたトナーの平均帯電量と、
そのときのトナー担持体上に搬送されたトナー重量（搬
送量という）は、それぞれ３つの環境で第２表に示す通
りであった。

第２表　トナーの環境による このようにして得られた画像は、ベタ画像部のむらがな
く、均一で、細線再現性や網点再現性の優れた、エツジ
の引き締まった極めて良好なものであった。また、環境
による画質の違いは皆無ではなかったが、許容できる範
囲であった。

現像バイアスである交流バイアスの放電の生じる電圧を
調べたところ、低温低湿で２．８にＶ、高温高湿で２．
７にＶとなり、三環境で１００ｖ程度の違いしかなく、
十分実用に耐えられる水準であった。

実施例２ 現像剤のキャリアの原料となる、比抵抗１０１０Ω・■
、粒度分布が４４〜５３ａのフェライト粒子（日本鉄粉
製、銅亜鉛フェライトＦＬ−３００Ｈ）を溶射材料とし
て用いて、半導電層を作成した。溶射材料となったフェ
ライト粒子は、マグネタイト、酸化銅、酸化亜鉛を混合
粉砕し、造粒した後、焼成して、均一組成のものとした
ものを用いた。このトナー担持体を実施例１におけると
同様にしてダイヤモンド研磨により厚さを４００　ａｔ
に制御し、直径２０１１１のロール状のトナー担持体と
した。これにエポキシ樹脂を浸み込ませて封孔処理を施
し、Ｒａが０．３ａ程度になるまで研磨した。このよう
にして形成されたセラミック層の比抵抗を環境を変えて
測定したところ、その変化幅は１桁以内に収まった。こ
のトナー担持体の常温高温下（２２℃、６０％）での比
抵抗、比誘電率は、それぞれ２Ｘ１０９Ω・個、及び２
０であった。

上記半導電層を用いるほかは、実施例１におけると全く
同様にして現像試験を常温常温下で行った。トナー担持
体上に層形成したトナーの平均帯電量は、−１２μｃ／
ｌであり、そのときのトナー担持体上に搬送されたトナ
ー重量は０．６２．／−であった、現像の条件は、実施
例１におけると同様であった。得られた画像は、網点再
現性、細線再現性に優れ、とな−の飛び散りも少なく、
ベタ画像部もむらのない均一なものであった。

比較例１ トナー担持体として下記のものを用いる以外は、実施例
１におけると同様な現像装置及びトナーを使用し、常温
常温下で現像試験を行った。トナー担持体としては、フ
ェロール樹脂にカーボンを分散してなり、比抵抗ｌＸ１
０１０Ω・儂、半導電層厚１關、比誘電率ε２０の半導
電層を有し、背面に電極を有する直径２０ｍのものを用
いた。トナー担持体上に層形成したトナーの平均帯電量
は一１０μｃ　／　ｇであり、そのときの搬送量は、０
．６８■／−であった。

得られた画像は網点の再現性、細線再現性に優れていた
が、トナー担持体の抵抗むらに起因するとみちれる（担
持体の回転周期に一致している）細かな濃度むらが多数
見られた。

比較例２ アルミニウムの陽極酸化により、比抵抗３×１０１１Ω
・（２）、膜厚２０虜、直径２０＋１！＋のトナー担持
体ロールを作成した。抵抗は、第三成分を添加すること
で制御した。半導電層の比誘電率は、約１８であった。

このトナー担持体の表面を１０００番の紙やすりで研磨
し、表面粗さを調節した。このようにして得たトナー担
持体ロールを、実施例１に示した現像装置に装着し、実
施例１におけると全く同一の条件で常温常温下に現像試
験を行った。トナー担持体上に層形成したトナーの帯電
量は一１３μｃ／ｌであり、そのときの搬送量は、０．
５８■／ｄであった。

得られた画像は、ベタ画像部の均一性については、満足
のいくものであったが、網点つぶれや、網点周りのトナ
ーの飛びちりがあり、細密忠実再現性に乏しいものであ
った。

実施例３ トナー担持体の封孔処理を施さないことを除いては、実
施例１におけると同一のセラミックよりなる半導電層を
有するトナー担持体を作成し、実施例１におけると同様
にして現像試験を行った。

このトナー担持体の三環境の比抵抗を第３表に示す、尚
、第３表には帯電量と搬送量も示す。

第３表 常温常温下での比誘電率は、約２２であった。

低温低湿で得られた画像は、ベタ画像部の均一性、網点
再現性について満足のいくものであったが、常温常温、
高温高温になるにつれ、トナーが現像されすぎ、やや細
線再現性や網点のつぶれた画像になる傾向が見られた。

また、三環境における交流バイアス電圧の放電の生じる
電圧を測定したところ、低温低湿では、約２．８にＶで
あったものが、高温高温では、約２．２にＶに低下し、
交番電界・電圧のラチチュードが狭くなった。

発明の効果 本発明によれば、上記構成のトナー担持体を用いるから
、従来のものを用いる場合よりも、画像の均一性が格段
に優れたものとなる。

また、本発明におけるトナー担持体は、樹脂に導電性粉
末を分散させて形成されたトナー担持層を有する従来の
ものに比して、耐摩耗性が格段に優れている。

更に、半導電層の表面を通常のダイヤモンド研磨した場
合には、得られる表面粗さが、Ｒａで０゜１〜０．５　
ａの範囲に入り、凹凸のピッチも１Ｃρ前後になるので
、粒径１０ρ前後のトナーを搬送させるのに都合がよく
、アルミニウムの陽極酸化やＣＶＤで得られたα−３ｉ
よりなる層を有するトナー担持体に比べて、格段に優れ
た搬送性能を有している。

更にまた、使用するトナー担持体における半導体層が、
セラミックをプラズマ溶射により膜形成後、さらに封孔
処理して得られたものである場合には、環境による比抵
抗の変化を小さくすることができ、どの様な環境の下で
も優れた現像濃度及び階調性に変化がなく、潰れた画質
のコピー画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明において使用した一成分現像装置の模
式図を示す。 １・・・層規制部材、２・・・トナー担持体、３・・・
トナー、４・・・静電潜像保持体、５・・・静電潜像、
６・・・半導電層、７・・・トナー供給ロール。 特許出願人　　富士ゼロックス株式会社代理人　　　　
弁理士　　液部　剛

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）トナー担持体の表面にトナーを供給し、層規制部
   材によつて薄く均一なトナー層を形成し、該トナー層を
   表面に静電潜像を保持する静電潜像保持体に送り、該ト
   ナー担持体に現像バイアスを印加することにより、トナ
   ーを静電潜像保持体に移動させて静電潜像を顕像化する
   現像方法において、トナー担持体として、比抵抗１０＾
   ４〜１０＾１＾２Ω・ｃｍのセラミックで形成された半
   導電層を有するものを用いることを特徴とする現像方法
   。
2. （２）該半導電層が、セラミックをプラズマ溶射により
   膜形成後、さらに封孔処理して得られたものである請求
   項（１）記載の現像方法。
3. （３）少なくとも、静電潜像保持体にトナーを供給する
   トナー担持体ロールと、該トナー担持体ロールに当接し
   てトナー担持体ロール上にトナー層を形成させると共に
   、所定の電荷を付与するための層規制部材とを有する現
   像装置において、該トナー担持体ロールが、その表面に
   、比抵抗１０＾４〜１０＾１＾２Ω・ｃｍのセラミック
   で形成された半導電層を有することを特徴とする現像装
   置。