JP2517649B2 - 粉体現像剤搬送部材とその製造方法とそれを備えた現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子写真複写機、電子写真式のレーザービー
ムプリンタ、LEDプリンタ等情報記録装置等の画像形成
機器に適用される粉体現像剤搬送部材（スリーブ、ベル
ト、ローラ、マグネツトローラ）やこれを備えた乾式現
像装置に関する。更に詳しくは現像剤搬送部材の搬送表
面を適度の表面形状にする製造方法及び製造された搬送
部材及びそれを有する現像装置に係る。

〔背景技術〕

定形粒子或いは不定形粒子でブラスト処理された現像
剤搬送部材（以下スリーブという）を用いた現像装置が
特開昭57−66455号、特開昭57−116372号に記載されて
いる。

不定形粒子によりブラスト処理されたスリーブは一成
分現像剤を適度に摩擦帯電し、かつ搬送力も安定する優
れた特性を有している。

ところが、ステンレス鋼（SUS316）スリーブを粒度♯
400の不定形粒子でサンドブラスト処理をした表面粗面
化スリーブを使用し、近来の画像性の水準をさらに高め
るべく、小径トナー粒子を用いて連続複写テストを行っ
たところ以下の現象が生じた。

（１）連続複写動作を続けたところ2000〜5000枚の時に
画像濃度が1.3から1.0へと低下していた。

（２）画像濃度が低下した現像器で一面ベタ黒の原稿を
画出しするとスリーブ回転周期に対応して画像濃度の低
い白く抜けた様に画が発生した。

（３）（２）における現像器でスリーブ表面のトナーを
取り除きその後更に溶剤でスリーブ上清浄後画出しを行
うと画像濃度は回復した。

そこでまず現像（１）のトナーの摩擦帯電量を測定し
たところスタート時の帯電量の1/2以下となっていて帯
電量の低下が画像濃度を低くしていることが解った。

同様に現像（２）について調べたところ白く抜けたと
ころも帯電量の低下によるものであった。しかし現象
（３）に見られる修正はトナーが劣化したためでは無く
スリーブが原因で問題が発生したことを裏けていると推
測される。そこでスリーブ上を電子顕微鏡等で観測する
と表面の凹凸部の特に凹部に何か埋めこまれている状態
が観察できた。この物質を分析するとトナーの成分中の
樹脂バインダーであることがわかった。凹部がバインダ
ーで被われているためトナーも樹脂であることより樹脂
同志の接触が多発し、十分な帯電が得られず、トナー帯
電量は低下したものである。特に凹部の深いところでは
樹脂が強く付着し、不定形粒子でブラストしているがた
めに凹凸形状の鋭利なことが更に付着を強めていること
が判明した。

次に鋭利な凹凸形状はスリーブ表面に樹脂を付着させ
ることが解ったので、定形粒子によるブラスト処理によ
り表面を滑らかな凹凸から成る粗面にしたスリーブを用
いれば、上記の問題が解決されると考えられる。そこで
粒度♯400の定形粒子を用いたサンドブラスト処理を施
したスリーブを用いて連続複写を行ったところ、大半は
良好であったが特別な条件下では、更に新たに以下の問
題を生じた。

（４）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2000〜5000枚ほど続けたところ画像濃度は徐々に
低下した。

（５）画像濃度が低下した現像器で連続的にベタ黒コピ
ーを何枚か続けたところ画像濃度は回復し始めた。

（６）低温環境下でコピーをしたところ画像濃度がすぐ
に低下するとともにスリーブ表面のところどころに現像
剤の塗布ムラを生じた。

そこで現像（４）のスリーブ表面にはトナー粒子層が
付着しており、その帯電量を測定したところスタート時
の塗布トナー量の帯電量よりかなり高いことが確認され
た。またその付着トナー粒径を測定したところ粒径１〜
５μのトナーが主体であり、容器内に主として収容して
いるトナー粒径（７〜12μ）と比べて明らかに粒径が小
さかった。

これらの現象（４〜６）について検討する。まずトナ
ーはスリーブの粗面との摩擦によって電荷が与えられる
と、トナーと反対極性の電荷がスリーブ上に誘起され、
これと引き合う鏡映力によってスリーブ上に吸着される
が、この際微小トナー（１〜５μ）の方が大半のトナー
（７〜12μ）より帯電量が大きいため微小トナーがスリ
ーブ表面に薄くコーティングされてしまう。この微小ト
ナー薄層が現像に寄与するトナーのスリーブとの接触を
妨害して現像に最も寄与する粒径のトナーには充分に摩
擦帯電が与えられず濃度低下が生ずる（帯電量測定時は
表面トナー全部を計るため帯電量は大きく測定され
る）。低湿時は微小トナーの帯電量アツプがよりいっそ
う拡大されるためスリーブに供給されるトナーの搬送力
が低下し、塗布ムラも生じるといった特別条件下での問
題が見られた。

尚、定形粒子によりブラスト処理されたスリーブ表面
は各々が滑らかな微小凹面から成る粗面である為、不定
形粒子によりブラスト処理された鋭意な凹凸から成る粗
面に比べて、トナーのスリーブ表面に対する接触面積が
広くなり、摩擦帯電量が多くなるものと推定される。い
ずれにせよこのような特性が微小トナーの過度の摩擦帯
量を招来し、前記不都合を招来する。

特に、現像部に於いて振動電界を形成し、これによっ
て静電潜像保持体にトナーを付着、離脱させる工程を繰
り返し、最終的に潜像の電位に応じた量のトナーを潜像
保持体上に残す現像方式に於いては、トナーを良好に振
動運動させる為に、適度の帯電が望まれる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は不定形粒子でブラスト処理された現像
剤搬送部材、及びそれを用いて現像装置の欠点、及び定
形粒子でブラスト処理された現像剤搬送部材とそれを用
いた現像装置の欠点を解決し、現像剤の帯電量低下を防
止し、かつ現像剤の搬送力を安定させることである。

〔発明の概要〕

本発明で、現像剤搬送部材として定形粒子と不定形粒
子の混合剤でブラスト処理されたものを使用する。これ
によりトナーの樹脂成分の不着量を減少させ、微粉トナ
ーの付着量も減少させ、長期にわたって帯電量を安定さ
せ、搬送力も安定化させることができた。

〔実施例〕

第１図に於いて、１は潜像保持部材で通常は電子写真
感光体であり以下感光ドラムと称す。２は周知の静電潜
像形成部、３は潜像を顕画像化するところの本発明に係
る現像装置、４は顕画像化された感光ドラム上のトナー
像を転写材へ転写させ、転写材をドラムから分離させる
周知の転写分離部、５はドラム上の残トナーをクリーニ
ングするところの周知のクリーニング部である。現像剤
としては磁性粒子を樹脂中に結合した磁性トナーが使用
される。

感光ドラム１上には潜像形成部２によって静電潜像が
形成される。更に感光ドラムは矢印Ａの方向に回転して
現像器２に達する。現像器２は一成分現像剤としての磁
性トナーを入れる容器ホツパー10、ホツパー10から上記
トナーをスリーブ近傍へ送ることとトナーの流動性を高
める攪拌手段９と、固定されたマグネツト８をその外側
を矢印Ｂ方向に回転する非磁性スリーブ７とが設けられ
ている。スリーブ７はドラム１と対向する現像部へトナ
ーを搬送し、ドラムに付与する。

又、スリーブ７上のトナー層の厚みは、スリーブを間
にしてマグネツト８の磁極N₁に対向する磁性ブレード６
（U.S.Pat.No.4,387,664参照）によって規制される。ス
リーブとドラムと対向する現像位置で現像磁極S₁によっ
てトナーは補立ちし、ドラム１上の潜像とスリーブとの
間の電界によりスリーブ７上のトナーは飛翔し顕画像化
する。この時トナーが飛翔し易い様にスリーブ７に現像
バイアス電圧を現像11で印加する。スリーブ７には電源
11により交番バイアス電圧を印加する。これによってス
リーブ７からドラム１に向って飛翔したトナーは、ドラ
ム１に付着、離脱を繰り返し、最終的に、即ちドラムが
現像部を離れる際には、潜像の電位に対応したトナーが
ドラムに付着した状態でドラム上に残っている。

尚、上記交番電圧とは、ピーク値が正、負交互に現わ
れるものばかりでなく、正電圧側だけで、或いは負電圧
側だけで振動する電圧も含むものである。また本発明は
如上の交番バイアス電圧をスリーブ７に印加して現像部
に振動電界を形成する現像装置に有用であるが、スリー
ブに直流バイアス電圧を印加する現像装置にも適用でき
る。

さて、ドラム上のトナーは転写部４において転写材へ
と転写され、定着部（図示せず）で転写材へと定着され
る。一方ドラム上の残トナーはクリーニング部５でクリ
ーニングされ、次に潜像形成にそなえる。

装置の一例の諸元は次の通りである。

マグネツト８の強さは、スリーブ７表面上でN₁極:850
gauss、S₁極:950gauss,N₂極:750gauss、S₂極:550gauss
である。スリーブ７とドラム１間の最短距離0.3mm、ス
リーブ７とブレード６間距離0.25mmに保持した。従って
現像部には、スリーブ、ドラム間間隙より薄いトナー層
が搬送される。電源11はピーク・ツー・ピーク電圧1300
V、周波数1600Hzの交流電圧に−200Vの直流電圧を重畳
させた電圧をスリーブ７に印加する。感光体はOPCであ
り、暗部（画像最暗部）電位が−650V、明部（非画像
部）電位が−150Vである。複写速度はA4サイズ紙で毎分
20枚である。又、スリーブ７は直径20mmであり、材質と
してステンレス鋼のSUS316のものを用いてその表面にブ
ラスト処理した。スリーブはステンレス鋼以外アルミニ
ウム、チタン鋼でもよい。

ブラスト処理に使用した混合ブラスト処理剤は、不定
形ブラスト砥粒（表面が粗面の粒子）として♯400のAl₂
O₃を用い、定形ブラスト砥粒（表面が滑らかな球又は偏
平粒子が良い）として♯400のガラスビースをそれぞれ
1:1の割合で混合したものである。この混合材を、12rpm
で回転しているスリーブに対して、このスリーブから距
離100mm離した。直径7mmのノズルにより、空気圧3Kg/m²
で吹き付けた。ノズルはスリーブの軸と平行に１〜２分
間で30cmの距離を移動させる。このスリーブは上記のサ
ンドブラスト処理後、洗浄工程でスリーブ表面は洗浄さ
れた後乾燥させる。上記の様な構成の現像装置を用いて
複写動作を行った。その結果連続複写枚数が進んでもス
リーブ上へのトナーコーテイングにムラを生じ無く画像
濃度の常に一定で高い濃度を維持した。又連続複写後に
ベタ黒原稿を複写したが白く抜ける画像も生じなかっ
た。更にベタ白部の多い原稿を数千枚複写したが画像濃
度が低下することはなかった。本実施例は不定形と定形
との砥粒の比を1:1としたが、これは現像剤搬送部材の
表面に不定形粒子により形成された微細粗画域と定形粒
子により形成された比較的滑らかな凹部域との混在割合
を均等化した作用効果上優れたものにできる利点があ
る。本発明ではこの混合比は上記例の比にこだわること
は無い。

上記処理後の現像スリーブをさらに電子顕微鏡で確認
したところ、その表面は以下のような構造を示してい
た。

即ち、第４図に示すように不定形粒子の衝突によって
形成された微細粗面域Ｒと定形粒子の衝突によって形成
された比較的滑らかな凹部域（デインプル）Ｓが混在し
ている。そして粗面域Ｒには尖鋭な微細突起が多くあ
り、比較的滑らかな凹部域Ｓには尖鋭な突起はあまり見
られない。そして比較的滑らかな凹部域も全て同じ表面
性を有しているのではなく、各々が0S、0.2S、0.8S、1.
6Sの粗さを持つというように、異なった表面粗度を有す
る凹部域が混在している。即ち、スリーブ表面には異な
る表面粗度を有する微小領域が混在している。

次に、第２図を用いて第２実施例を説明する。第１図
と同一部材には同一の番号を付してある。本実施例の特
徴はトナー層の厚み規制に磁界を利用するのでは無く、
スリーブ７に当接したゴムブレード等の可撓性弾性部材
12を用いることにある。トナー層規制にブレード12を用
いることにより規制磁極を必要としない。故に磁極数は
減少させることができ、小さい径のマグネツトローラー
を使用できるし、かつまたコストも安い。第２図は２極
のマグネツトローラー13を用いている。スリーブ表面で
の磁界強さはS₁極:600gauss、N₁極:500gauss、その他バ
イアス電源11の条件、スリーブドラム間の間隙は実施例
１と同等である。

ブレード12はスリーブ７と接触させるその圧はスリー
ブ軸方向1cm当り２〜10g程度であり、ブレード12の材質
としてはウレタンゴム0.8〜1mm厚のもの、或いはネオプ
レンゴム、ニトリルゴムなど各種ゴムの他にプラスチツ
クシートが挙げられる。PETシート100μのものポリアミ
ドシート、ポリイミドシートなどがある。

本実施例においてはウレタンゴムを用いた。スリーブ
７は材質としてはステンレス鋼SUS316を用いてその表面
にブラスト処理した。混合ブラスト処理剤は不定形ブラ
スト砥粒として♯600の炭化ケイ素を用い、定形ブラス
トとしては♯400のガラスビーズを用いた。この時ブレ
ード12がスリーブと接するタイプのためスリーブ表面が
実施例−１より滑らかにする。そのため不定形ブラスト
砥粒と定形ブラスト砥粒の混合比を2:8か3:7の様に不定
形ブラスト砥粒の比を減らす。スリーブに対する吹き付
け条件は第１実施例に於けると同じである。斯様にサン
ドブラスト処理されたスリーブを用いた現像器３により
画像形成を行った。連続複写が進んでもスリーブ７への
トナーのコーテイングムラも、スリーブへのトナー融
着、黒スジ等を有する欠陥画像も生じなく、安定した濃
度の高い画像が得られた。

この例のスリーブに於いても、その表面は不定形粒子
の衝突により形成された尖鋭な凸を多くもつ微細粗面域
と定形粒子の衝突により形成された、尖鋭な凸部はあま
り見られない比較的滑らかな凹部域とが混在している。
但し、混合ブラスト処理材中の定形粒子の割合いが多い
ので、比較的滑らかな凹部域の数で第１実施例に於ける
ものよりも相対的に増加している。

尚、本明細書中で粗さ測定はテイラーボブリン社、あ
るいあ小坂研究所等で発売されている微小表面粗さ計で
行った。第３図はその粗さの測定法を示す。この第３図
においては以下の測定条件によって、平均粗さRz＝1.5
μ、ピツチ＝19μである。

ここで、表面粗さはJIS10点平均粗さ（Rz）〔JIS B06
01〕によるものである。すなわち、第３図に示すよう
に、断面極線から基準長さｌだけ抜き取った部分の平均
線Ａに平行な直線で高い方向から３番目の山頂（図中
で示す）を通るものと深い方から３番目の谷底（図中
′で示す）を通るものの、２直線の間隙をマイクロメ
ータ（μｍ）で表わしたもので、基準長さｌ＝0.25mmと
した。また、ピツチは、凸部が両側の凹部に対して0.1
μ以上の高さのものを一つの山として数え、基準長さ0.
25mmの中にある山の数により、下記のように求めた。

｛250（μ）／（250（μ）に含まれる山の数）｝（μ） ここで、不定形ブラスト砥粒と定形ブラスト砥粒の混
合剤によるブラスト処理がなぜ良いかについて検討す
る。

実施例−１においてトナーの平均帯電量を測定したと
ころ、連続2000枚の複写後スタート時の摩擦帯電量に対
して８〜10％程度しか減少していなかった。その後の帯
電量にはほとんど変化がなかった。即ち微粒子トナーが
スリーブの表面を被うことなくトナーのスリーブとの接
触による摩擦帯電量は常にほぼ一定に保たれたことを意
味する。又スリーブ表面を観察しても樹脂等が付着して
いる量は少ない。そこでスリーブ表面の粗さを測定して
みるとRz＝1.5μ、ピツチ30〜35μであった。不定形ブ
ラスト砥粒のみでブラスト処理した場合はRz＝1.5μ、
ピツチ15〜20μであり比べるとピツチが長くなって凸部
の数が減少したことがわかる。かつ表面を電子顕微鏡で
観察すると定形粒子の衝突により形成された凹部の形状
は滑らかになっていて樹脂等が付着しづらい形状となっ
ている。故に凹部にトナーのバインダー樹脂が付着しづ
らく、かつ不定形粒子の衝突によって形成された適当な
凸部が上記凹部に混って存在することによりトナーの摩
擦帯電量が高くなり過ぎることは無い。尖鋭凸部が減少
はするが適度の数に維持されるのは、不定形ブラスト砥
粒が衝突してできた表面の凹凸を定形ブラスト砥粒が凹
部は滑らかに凸部はつぶし数を減少させる、次に又不定
形ブラスト砥粒が衝突するという繰り返し工程が混在し
て行われる為である。この様に混合させた不定形ブラス
ト砥粒と定形ブラスト砥粒のため適度な尖鋭凸部の数
（しかもこの凸部は不定形粒子によるものが多い）と滑
らかな凹部（この凹部は定形粒子によるものが多い）の
数によって常に適正画像が維持される。

確認のため特開昭58−11974に記載のように不定形ブ
ラスト砥粒のブラスト処理を最初に後に定形ブラスト砥
粒のブラスト処理を行ったところピツチは長くなりかつ
凹部も滑らかになったが、Rz＝0.5μとなり、尖鋭凸部
は定形ブラスト砥粒でつぶされ小さくなった。又、定形
ブラスト処理を最初に次に不定形ブラスト処理を行った
ところ滑らかな凹部が荒れてきて結局不定形ブラスト処
理そのものとなった。

実施例−２に於いてトナーの平均帯電量を測定したと
ころ、連続2000枚の複写後、スタート時の摩擦帯電量に
対して６〜８％程度しか減少していなかった。その後の
帯電量にはほとんど変化がなかった。即ち微粒子トナー
がスリーブ表面を覆うことなく、トナーのスリーブとの
接触による摩擦帯電量は常にほぼ一定に保たれた。スリ
ーブ表面に樹脂の付着量も微量である。尚、スリーブの
粗さはRz＝1.2μｍ、ピツチ35〜50μｍであった。

次に、本発明にとって、好ましい条件について説明す
る。

現像剤としては本発明では１成分現像剤やキヤリアと
トナー粒子の混合剤（２成分現像剤）のいずれの乾式粉
体現像剤でも良く、現像剤搬送部材のブラスト剤とし
て、定形粒子と不定形粒子とを有する混合剤は、均一に
混合された状態が好ましい。

加えて、定形粒子の粒子数Ａと不定形粒子の粒子数Ｂ
は、A/Bが1/20以上9/1以下であることでこれらの粒径に
左右されずに上記効果良好に得られる。さらに、このA/
Bが1/2以上4/1以下のときは微細粗面域と比較的滑らか
な凹部域とのバランスが安定する以外に異なる様面粗さ
の単位領域夫々が一均等に分散されている状態を確実に
得ることができる。また定形粒子の粒度はJISR6001で、
♯40以上♯800以下、不定形粒子の粒度はJIS R6001で♯
50以上♯1000以下が好ましい。

次に定形粒子の平均粒子径Ｃと不定形粒子の平均粒子
径Ｄは、実験上特に、C/Dが1/10以上10以下が良かっ
た。より好ましくはC/Dが1/2以上4/1以下であると、定
形粒子による比較的滑らかな凹部と、不定形粒子による
相対的に微小な凹凸部を形成できるほか、種々の異なる
表面状態の単位領域を均一化した分布状態で確実に得る
ことができる。

また、上記の内、より安定した効果を達成する現像剤
搬送部材の表面に於いては、定形粒子の衝突で形成され
た凹部の現像剤搬送方向についての大きさは５μｍ以上
100μｍ以下、深さは０μｍより大で10μｍ以下、また
不定形粒子の衝突で形成された粗面部はピツチ２μｍ以
上50μｍ以下、平均粗さRzは0.1μｍ以上8.0μｍ以下で
あると考えられる。これは、前記測定法では定形粒子の
衝突で形成された凹部と不定形粒子で形成された粗面の
判別は困難であるので、定形粒子だけでブラスト処理し
た表面、不定形粒子だけでブラスト処理した表面を夫々
測定した結果からの推測である。

尚、混合ブラスト処理剤に使用する不定形粒子として
は、炭化ケイ素粒子、アルミナ粒子、三酸化鉄粒子、二
酸化チタン粒子のいずれかを利用し、また定形粒子とし
てはガラスビーズ、鋼球、フエライト球、偏平フエライ
ト粒子のいずれかを利用すればよいが、これらに限るも
のではない。

また、現像剤搬送部材としては、円筒状のものに限ら
ず、円柱状のもの、ベルト状のものが使用でき、磁石自
体のローラも使用できる。

また、前記実施例では、現像部にスリーブ、ドラム間
隙よりも薄い現像剤層を搬送したが、本発明はスリー
ブ、ドラム間隙と等しい、又はそれより暑い現像剤層を
現像部に搬送する現像装置にも適用できる。

またトナーとしては平均粒径が３〜10μｍのものを使
用するものに本発明は有用であるが、これに限られな
い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、現像剤の摩擦帯電と搬送性を長期に
わたって安定でき、良好な現像画像を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明現像装置の実施例の説明図、第
３図は搬送部材表面の粗さ測定を説明するための説明
図、第４図は搬送部材の表面部の拡大断面模式図であ
る。 １は潜像保持部材、３は現像装置、７は非磁性スリー
ブ。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】粉体現像剤を担持して搬送するための粉体
   現像剤搬送部材において、 現像剤担持面が不定形粒子と定形粒子との混合剤でブラ
   スト処理されていることを特徴とする粉体現像剤搬送部
   材。
2. 【請求項２】粉体現像剤を担持して搬送するための粉体
   現像剤搬送部材の製造方法において、 上記搬送部材の現像剤担持面を不定形粒子と定形粒子と
   の混合剤でブラスト処理する工程を有することを特徴と
   する粉体現像剤搬送部材の製造方法。
3. 【請求項３】上記不定形粒子は、炭化ケイ素、アルミ
   ナ、２酸化ケイ素、３酸化鉄、２酸化チタンの内いずれ
   か１つを含み、上記定形粒子はガラスビーズ、鋼球、フ
   ェライト球、偏平ファライト粒子の内いずれか１つを含
   んでいることを特徴とする請求項第２項記載の粉体現像
   剤搬送部材の製造方法。
4. 【請求項４】潜像担持体に対向する現像部を形成すると
   共に現像部へ粉体現像剤を搬送する搬送部材を備えた現
   像装置において、 上記現像部へ搬送する粉体現像剤の量を規制するために
   上記搬送部材の粉体現像剤担持面側に設けられた規制部
   材を有し、上記搬送部材の粉体現像剤担持面が、不定形
   粒子と定形粒子との混合剤でブラスト処理されているこ
   とを特徴とする現像装置。
5. 【請求項５】現像部に振動電界を形成する為の電源手段
   を有する請求項第４項に記載の現像装置。
6. 【請求項６】規制部材は搬送部材に当接されている弾性
   部材である請求項第４項又は第５項に記載の現像装置。
7. 【請求項７】規制部材は搬送部材に間隙を介して配置さ
   れた磁性部材であり、搬送部材は非磁性体であって、こ
   の搬送部材の内側に規制部材に対向する磁極を有する静
   止磁石が配置されている請求項第４項又は第５項に記載
   の現像装置。
8. 【請求項８】搬送部材が、定形粒子の粒子数をＡ、不定
   形粒子の粒子数をＢとすると、A/Bが1/20以上9/1以下で
   ある混合剤でブラスト処理されている請求項第４項乃至
   第７項のいずれか１項に記載の現像装置。
9. 【請求項９】搬送部材が、定形粒子の平均粒子径をＣ、
   不定形粒子の平均粒子径をＤとすると、C/Dが1/10以上1
   0/1以下である混合剤でブラスト処理されている請求項
   第４項乃至第８項のいずれか１項に記載の現像装置。