(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体の表面に該トナーを担持して搬送し、潜像担持体と該トナー担持体とが互いに対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を該トナー担持体に担持した該トナーによって可視像化する現像装置であって、
上記トナー担持体は導電性の基体表面に強誘電体微粒子を樹脂中に充填させた強誘電体層を有するものを用い、該強誘電体層が分極するような電圧を印加するための分極形成手段を設け、該分極形成手段に交番電圧を印加して該強誘電体層表面に交番する残留分極を形成し、該残留分極の電荷で形成される電界により上記トナーを該強誘電体層表面に吸着し、上記現像領域に該トナーを搬送することを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記強誘電体層の比誘電率を１０以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項１の現像装置において、
上記強誘電体層の残留分極密度を１×１０−４Ｃ／ｍ２以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１の現像装置において、
上記強誘電体層の層厚を１０μｍ以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
請求項１の現像装置において、
上記強誘電体微粒子の粒径を１μｍ〜５０μｍとすることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１の現像装置において、
上記強誘電体層は、上記強誘電体微粒子の重量比を５０％以上として構成することを特徴とする現像装置。
【請求項７】
請求項１の現像装置において、
上記強誘電体微粒子を分散させる樹脂の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６、または、７の現像装置において、
上記強誘電体微粒子を分散させる樹脂に、抵抗制御剤を混入することを特徴とする現像装置。
【請求項９】
回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体の表面に該トナーを担持して搬送し、潜像担持体と該トナー担持体とが互いに対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を該トナー担持体に担持した該トナーによって可視像化する現像装置であって、
上記トナー担持体は導電性の基体表面に強誘電体層として強誘電セラミック層を有するものを用い、該強誘電セラミック層が分極するような電圧を印加するための分極形成手段を設け、該分極形成手段に交番電圧を印加して該強誘電セラミック層表面に交番する残留分極を形成し、該残留分極の電荷で形成される電界により上記トナーを該強誘電セラミック層表面に吸着し、上記現像領域に該トナーを搬送することを特徴とする現像装置。
【請求項１０】
請求項９の現像装置において、
上記強誘電セラミック層の比誘電率を１００以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項１１】
請求項９の現像装置において、
上記強誘電セラミック層の残留分極密度を１×１０−３Ｃ／ｍ２以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項１２】
請求項９の現像装置において、
上記強誘電セラミック層の層厚を１０μｍ以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項１３】
請求項９の現像装置において、
上記強誘電セラミック層の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることを特徴とする現像装置。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれか一つの現像装置において、
上記強誘電セラミック層を抵抗制御が行える物質を微量加えた固溶体にすることを特徴とする現像装置。
【請求項１５】
回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体の表面に該トナーを担持して搬送し、潜像担持体と該トナー担持体とが互いに対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を該トナー担持体に担持した該トナーによって可視像化する現像装置であって、
上記トナー担持体は導電性の基体表面に強誘電体層として強誘電性高分子層を有するものを用い、
該強誘電性高分子層が分極するような電圧を印加するための分極形成手段を設け、該分極形成手段に交番電圧を印加して該強誘電性高分子層表面に交番する残留分極を形成し、該残留分極の電荷で形成される電界により上記トナーを該強誘電性高分子層表面に吸着し、上記現像領域に該トナーを搬送することを特徴とする現像装置。
【請求項１６】
請求項１５の現像装置において、
上記強誘電性高分子層の比誘電率を５以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項１７】
請求項１５の現像装置において、
上記強誘電性高分子層の残留分極密度を１×１０−４Ｃ／ｍ２以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項１８】
請求項１５の現像装置において、
上記強誘電性高分子層の層厚を１０μｍ以上とすることを特徴とする現像装置。
【請求項１９】
請求項１５の現像装置において、
上記強誘電体性高分子層の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることを特徴とする現像装置。
【請求項２０】
請求項１５乃至１９のいずれか一つの現像装置において、
上記強誘電性高分子層は、強誘電性高分子に抵抗制御剤を混入して形成されていることを特徴とする現像装置。
【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、ファクシミリ、プリンター等の画像形成装置に用いられる現像装置に関し、詳しくは、回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体の表面に該トナーを担持して搬送し、潜像担持体と該トナー担持体とが互いに対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を該トナー担持体に担持した該トナーによって可視像化する現像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
潜像担持体に形成された静電潜像を可視像化して記録画像を得る電子写真複写機、レーザプリンタ或いはファクシミリ等の画像形成装置において、必要に応じて補助剤を外添したトナー、すなわち一成分系現像剤を用いる形式の現像装置を採用することは従来より周知である。この形式の現像装置は、キャリアを含む二成分系現像剤を用いた現像装置に比べ、現像装置の維持管理を簡素化でき、現像装置の構造を小型化できる利点が得られる。
【０００３】
ところで、一成分系現像剤を用いる現像装置において、所定濃度の高品質な可視像を形成するには、必要な程度まで充分に帯電したトナーを必要量現像領域へ搬送し、かかるトナーによって潜像を可視像化する必要がある。このような一成分現像装置において、磁性トナーを用いる場合は、トナー担持体に内設した磁石の磁力を利用して、トナー担持体にトナーを担持できるので、上記要求を満たすことが可能であった。しかし、トナー担持体に磁石を内設する必要があるため、その構成が複雑となる不具合を免れなかった。また、弾性ブレードや現像ドクターを用いてトナー担持体に担持された現像剤を薄層化するが、大きな磁力により凝集した磁性トナーを薄層化するためには大きな掻き取りの力が必要となり、トナー担持体の回転トルクが大幅に増加してしまうという不具合があった。
【０００４】
一方、非磁性の一成分系現像剤を用いたときは、これを磁力によってトナー担持体に担持させることはできないため、現像に必要なトナー量を現像領域に搬送することが困難である。そこで従来は、トナー担持体の回転駆動速度を高め、トナー担持体の表面線速を潜像担持体の表面線速の２乃至４倍程度に設定し、現像領域へ搬送されるトナー量を増大させ、可視像の濃度低下を防止していた。ところが、このような構成の現像装置では、潜像担持体に形成されたべタ画像の潜像但持体移動方向の後端側だけが、他の部分に比べて濃度が異常に高くなる「後端トナー寄り」と称せられている現象が発生し、その画質が低下する。この後端トナー寄り現象は、カラー画像の場合、画像濃度が異常に高くなった部分と他の部分とが色違いとなって現われるため、カラー現像の場合は特に大きな問題となる。また、トナー担持体にトナーを吸引している力が弱いため、トナーが飛散するという不具合もあった。
【０００５】
このような問題を解決するために、本出願人が先に開示した特許第２７１５２９４号公報では、トナー担持体として導電層の基体表面に２種類の体積抵抗が異なる物質を規則的もしくは不規則的に配置し、体積抵抗の高い物質を所定の極性に帯電して、トナー担持体表面の近傍に微小閉電界を形成してトナーを担持させる現像装置を提案した。また、同公報では、トナー担持体として、１０〜５００μｍの円形の表面形状をもつ体積抵抗の高い物質を、体積抵抗の低い物質に１０〜５００μｍ程の間隔で埋め込んだものが開示されている。この現像装置によれば、トナー担持体表面に充分に帯電したトナーを必要量担持してこれを現像領域に搬送することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記特許第２７１５２９４号公報に提案された現像装置のトナー担持体は、導電層上に均一な抵抗の低い物質の層を形成し、この層を細かく削り取るか、または、エッチングにより細かい溝や穴を形成し、この後、抵抗の高い物質を埋め込んでから表面を研磨して製造すると考えられる。このようなトナー担持体の製造方法は、加工が若干困難でありコストが割高になってしまう。また、１０９〜１０１５Ωｃｍと高い体積抵抗率の物質をトナーの極性とは逆極性に帯電し、トナーを吸着しているが、摩擦帯電による帯電量がトナーの飛散を完全に解消するまでには至っていないのが現状である。そこで本出願人は特願平１０−３２６７０６および特願平１０−３２６７１１において、トナー担持体表面に強誘電体層を形成したトナー担持体を用いた現像装置を提案した。
【０００７】
本発明は以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造でトナー担持体表面にトナーを十分に担持して必要量現像領域へ搬送し、高品質な可視像を形成でき、非磁性トナーにも対応できる現像装置を提供することである。具体的には、本出願人の上記先願に係る発明において、トナー担持体表面に形成された強誘電体層の材料を特定した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】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体の表面に該トナーを担持して搬送し、潜像担持体と該トナー担持体とが互いに対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を該トナー担持体に担持した該トナーによって可視像化する現像装置であって、上記トナー担持体は導電性の基体表面に強誘電体微粒子を樹脂中に充填させた強誘電体層を有するものを用い、該強誘電体層が分極するような電圧を印加するための分極形成手段を設け、該分極形成手段に交番電圧を印加して該強誘電体層表面に交番する残留分極を形成し、該残留分極の電荷で形成される電界により上記トナーを該強誘電体層表面に吸着し、上記現像領域に該トナーを搬送することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記強誘電体層の比誘電率を１０以上とすることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の現像装置において、上記強誘電体層の残留分極密度を１×１０−４Ｃ／ｍ２以上とすることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１の現像装置において、上記強誘電体層の層厚を１０μｍ以上とすることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１の現像装置において、上記強誘電体微粒子の粒径を１μｍ〜５０μｍとすることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１の現像装置において、上記強誘電体層は、上記強誘電体微粒子の重量比を５０％以上として構成することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１の現像装置において、上記強誘電体微粒子を分散させる樹脂の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６、または、７の現像装置において、上記強誘電体微粒子を分散させる樹脂に、抵抗制御剤を混入することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項９の発明は、回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体の表面に該トナーを担持して搬送し、潜像担持体と該トナー担持体とが互いに対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を該トナー担持体に担持した該トナーによって可視像化する現像装置であって、上記トナー担持体は導電性の基体表面に強誘電体層として強誘電セラミック層を有するものを用い、該強誘電セラミック層が分極するような電圧を印加するための分極形成手段を設け、該分極形成手段に交番電圧を印加して該強誘電セラミック層表面に交番する残留分極を形成し、該残留分極の電荷で形成される電界により上記トナーを該強誘電セラミック層表面に吸着し、上記現像領域に該トナーを搬送することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項９の現像装置において、上記強誘電セラミック層の比誘電率を１００以上とすることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項９の現像装置において、上記強誘電セラミック層の残留分極密度を１×１０−３Ｃ／ｍ２以上とすることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１２の発明は、請求項９の現像装置において、上記強誘電セラミック層の層厚を１０μｍ以上とすることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項９の現像装置において、上記強誘電セラミックの体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項９乃至１３のいずれか一つの現像装置において、上記強誘電セラミック層を抵抗制御が行える物質を微量加えた固溶体にすることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１５の発明は、回転駆動されるトナー担持体にトナーを供給し、該トナー担持体の表面に該トナーを担持して搬送し、潜像担持体と該トナー担持体とが互いに対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜像を該トナー担持体に担持した該トナーによって可視像化する現像装置であって、上記トナー担持体は導電性の基体表面に強誘電体層として強誘電性高分子層を有するものを用い、該強誘電性高分子層が分極するような電圧を印加するための分極形成手段を設け、該分極形成手段に交番電圧を印加して該強誘電性高分子層表面に交番する残留分極を形成し、該残留分極の電荷で形成される電界により上記トナーを該強誘電性高分子層表面に吸着し、上記現像領域に該トナーを搬送することを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１６の発明は、請求項１５の現像装置において、上記強誘電性高分子層の比誘電率を５以上とすることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１７の発明は、請求項１５の現像装置において、上記強誘電性高分子層の残留分極密度を１×１０−４Ｃ／ｍ２以上とすることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１８の発明は、請求項１５の現像装置において、上記強誘電性高分子層の層厚を１０μｍ以上とすることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１９の発明は、請求項１５の現像装置において、上記強誘電体性高分子層の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項２０の発明は、請求項１５乃至１９のいずれか一つの現像装置において、上記強誘電性高分子層は、強誘電性高分子に抵抗制御剤を混入して形成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
次に、現像装置２の動作について説明する。
トナー容器３内のトナー４は、矢印Ｃ方向に回転するアジテータ７により撹拌されつつ、トナー供給部８に運ばれ、次いで現像ローラ５に供給され、該現像ローラ５の表面に担持される。
【００２９】
そして、現像ローラ５の周囲に供給担持されたトナー４は、現像ローラ５の回転によって搬送され、層厚規制部材９によりならされ、均一な厚さに規制される。また、この層厚規制部材９は、ここを通過するトナー４に所定の帯電を与える役割もあわせて持っている。ついで、トナー４は感光体１と現像ローラ５の対向する現像領域へ搬送される。ここで、帯電装置１１で帯電した感光体１には、図示しない露光手段からの書き込み光Ｄによって静電潜像が形成されており、トナー４はこの静電潜像に静電的に移行し、該潜像を可視像化する。
【００３０】
現像に供されずに現像領域を通過したトナー４は、現像ローラ５に担持されたまま現像シール１４を通りトナー剥離手段１６である導電性ブレード１０により現像ローラ５表面から剥がされる。この現像ローラ５から剥離されたトナー４は、落下して、トナー容器３内に回収している。この回収したトナー４も、またアジテータ７により現像ローラ５及び、トナー供給部８に送られ現像に寄与することは言うまでもない。
また、感光体１上に形成された可視像は転写装置１２で図示しない転写紙に転写され、図示しない定着装置によって転写紙上に定着される。感光体１上に残された未転写トナーは、クリーニング装置１３で回収される。
【００３１】
上述したように、本実施形態に係る現像装置２は、回転駆動されながら表面にトナー４を担持して搬送する現像ローラ５より成るトナー担持体と、このトナー担持体に担持されて搬送されるトナー４の層厚を規制する層厚規制部材９とを具備し、該層厚規制部材９によって層厚を規制されたトナー４によって、感光体１より成る潜像担持体に形成された静電潜像を可視像化する。
【００３２】
現像ローラ５へのトナー供給について説明する。図３は、現像ローラ５の説明図である。
現像ローラ５は、導電性基体５ａの表面上に、強誘電物質の薄層である強誘電体層５ｂが施された構成となっている。現像ローラ５にトナー４を供給する前に、分極形成手段である導電性ブレード１０をこの強誘電体層５ｂ表面に接触させ、交番する電圧をこの分極形成手段から印加する。電圧を印加された強誘電体層５ｂは、瞬時にこの電圧により分極を起こす。
【００３３】
図４は、強誘電体の特性図を示したものである。強誘電体の特性として、電界を発生させる電圧を印加された強誘電体は分極をおこして自発分極となる。すなわち、電界の作用をなくした後も残留分極として残留する。よって、強誘電体表面に分極電荷を形成することができる。このような特性により、現像ローラ５を回転しながら、導電性ブレード１０を介して交番する電圧を強誘電体層５ｂに印加すると、現像ローラ５表面は交番する分極を形成し、導電性ブレード１０通過後も交番する自発分極を残留分極として残留する。このストライプ状の正負の残留分極電荷により、現像ローラ５表面には、ループ状の電界が発生するのでトナー４を現像ローラ５表面に担持することができる。この様な状態を作り出した現像ローラ５表面に、トナー供給部８のトナーを接触させることで現像ローラ５にトナー４を担持させることができる。
【００３４】
さらに、詳細な構成および作用について実施例に基づき説明する。
現像ローラ５は、図３に模式的に拡大して示したように、Al、Fe、Cu等の金属製、または導電性を有するゴムや樹脂材質等の導電性基体５ａと、この導電性基体５ａの周囲表面に薄層形成させた強誘電体層５ｂとから構成されている。
【００３５】
この強誘電体層５ｂは、強誘電セラミック微粒子と樹脂バインダの混合物からなる。この強誘電セラミックとしては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ジルコン・チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ２Ｏ６）、ビスマス（Ｂｉ）をベ−スとしたＳｒＢｉ４Ｔｉ４Ｏ１５、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＳｒＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９、ＰｂＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＢａＢｉ２Ｎｂ２Ｏ９などを用いることができる。
【００３６】
また、これらの強誘電セラミック微粒子の粒径としては、１μｍ〜５０μｍとしている。好ましくは、粒径を１μｍ〜１０μｍの範囲にすることで、強誘電セラミック微粒子を、強誘電体層５ｂ中に高密度に混入できる。又、この強誘電セラミック微粒子の重量比を５０％以上とすることによって、強誘電特性としての残留分極を大きくすることができる。強誘電セラミック微粒子を分散させる樹脂バインダの特性としては、体積抵抗率が１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍの範囲である中抵抗にすることで、現像ローラ５のチャージアップを防止し高品位な画像を形成することができるとともに、強誘電セラミック微粒子の残留分極電荷による電界を現像ローラ５表面に形成できる。この抵抗範囲にするため、樹脂自体の抵抗値が前記抵抗範囲にある材料であればよいが、高抵抗樹脂の場合は、樹脂中にカーボンブラックなどの抵抗制御剤を混入する。さらに、フッ素樹脂などを用いトナーの固着を防げる物がより一層良い。
なお、上記強誘電セラミック微粒子の重量比については、重量比を大きくしていくと、強誘電セラミック微粒子をバインドする物質がなくなり、もろくなっていく。その為、強誘電セラミック微粒子のみで構成する場合には、高温で焼成する必要がある。
【００３７】
上述した強誘電物質を導電性基体５ａの表面に１０μｍ〜５００μｍの層厚で形成している。この薄層の形成方法としては、溶融固化法、キャスト法、ディッピング法、スピンコート法、スプレー法等が挙げられる。
【００３８】
上記強誘電体層５ｂの特性としては、比誘電率が１０以上、残留分極密度１×１０−４Ｃ／ｍ２以上、層厚を１０μｍ以上にしている。ここで、強誘電体層５ｂの残留分極電荷による電位は、残留電荷密度と層厚の積に比例し、比誘電率に反比例することが知られている。ここでは誘電率の高い強誘電セラミック微粒子を多く入れて比誘電率を１０以上としたため、残留分極密度が大きくなり、感光体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに現像ローラに担持し搬送することができる。また、残留分極密度１×１０−４Ｃ／ｍ２以上であれば同じ効果がある。強誘電体層５ｂの膜圧に関しては、上記層厚以上であれば、表面の電位が大きくなるのでこれも同じ効果となる。上記特性は、この関係からトナー担持体にトナーを十分に吸引するのに必要な特性となっている。
【００３９】
次に、上記現像ローラ５表面に形成した強誘電体層５ｂに、正負のストライプ状の残留分極を形成して、その電界を利用してトナー４を吸着搬送させる原理について説明する。
図３に示すように、現像ローラ５の導電基体５ａには、電源５０によって現像ローラ５表面のトナー４を感光体１上の静電潜像を可視化させるための現像バイアスが印加されている。たとえば、ネガポジの画像形成プロセスでは、現像バイアスとしては−５００Ｖ程度の直流電圧を印加している場合が多い。さらに、前記の直流電圧に交流電圧を重畳して、現像効率を上げている方法もある。また、現像ローラ５表面に皮膜した強誘電体層５ｂに正負の残留分極を発生させる導電性ブレード１０を現像領域上流に配置している。この導電性ブレード１０は図３に示すような板状形状、または、ローラ形状でも良い。この強誘電体層５ｂ表面に接している導電性ブレード１０に、交流電源５１により交番する電圧を印加することで、強誘電体層５ｂ表面に正負のストライプ状の残留分極を形成することができる。この交番する電圧とは、現像ローラ５の導電性基体５ａに印加している現像バイアスを基準として正負に交番していることを意味する。すなわち、現像バイアスに交流電圧を重畳した形となる。
【００４０】
また、導電性ブレード１０と現像ローラ５の導電性基体５ａに挟まれた強誘電体層５ｂに電圧を印加すると、図４のように強誘電体の特徴であるＤ（電気変位）−Ｅ（電界）のヒステリス特性を示す。印加電圧によって作用する電界が抗電界を越えた場合には、印加電圧を取り去った後にも残留分極が残ることがわかる。この様に交番する電圧が、正負の抗電界を越えるようにした場合には、強誘電体層５ｂ表面に正負のストライプ状残留分極を発生させることができる。すなわち、この時の印加電圧の大きさは、強誘電体層５ｂの抗電界と層厚さの積より大きい電圧にすればよいことになる。本実施形態では、抗電界が１ｋＶ／ｃｍ、層厚が５０μｍの強誘電体層５ｂに±２０Ｖの電圧を印加した。この様な構成で形成した正負のストライプ状残留分極は、±１×１０−４Ｃ／ｍ２以上の分極電荷密度で、０．１〜１ｍｍ程度の周期で適宜な値に設定されている。
【００４１】
この様に現像ローラ５表面に正負の残留分極が形成されると、現像ローラ５表面に微小閉電界（マイクロフィールド）が、一様に分布した状態で形成さる。すなわち、電界の状態を表わす電気力線を考えた場合、現像ローラ５の表面近傍の空間には、図５に円弧状の多数の線で表わしたように電気力線Ｅが形成され、その電気力線は現像ローラ５から出て同一の現像ローラ５に戻り、該現像ローラ５の表面の近傍に閉電界が形成される。また、この電界は、現像ローラ５表面に近いほど大きな電界となっている。この様な電界中に物体を入れると、以下の式のような力が働くことが知られている。
【００４２】
【式１】
Ｆ＝ｑＥ−（|Ｅ|２・ｇｒａｄε）／２
ここで、ｑ：電荷量、Ｅ：電界、ε：誘電率を示す。
【００４３】
上式の右辺第１項はクーロン力を表し、第２項は物体が電界よって分極することによって発生する力を表している。この第２項の力の働く向きは、電界が大きくなる方向に作用するため、トナー４は現像ローラ５表面に吸着する方向となる。又、本実施形態のような細かい周期を作成することによって、トナー４のようにある極性に微小帯電している物体でも、クーロン力に打ち勝ち、現像ローラ５表面に均一に吸着することができる。
【００４４】
上述のように分極処理された現像ローラ５に吸着されるトナー４は複数層になり、層厚規制部材９によってトナー層を規制して、均一の厚さで現像に必要な量を現像ローラ５表面に形成することが出来た（図６参照）。
【００４５】
また、本実施形態では、カラー現像に適した非磁性トナーの一成分系現像剤を用いた現像装置を示したが、本発明は必要に応じて補助剤を外添した磁性トナーの一成分系現像剤を用いる現像装置にも適用できる。
【００４６】
〔実施形態２〕
上記実施形態１における現像ローラ５の強誘電体層５ｂは、強誘電セラミック微粒子を樹脂バインダに混入させた構成としたが、強誘電セラミックのみで構成することもできる。
【００４７】
この強誘電セラミックとしては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ジルコン・チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｏ3）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、ニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ2Ｏ6）、ビスマス（Ｂｉ）をベ−スとしたＳｒＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15、ＳｒＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＳｒＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9、ＰｂＢｉ2Ｔａ2Ｏ9、ＢａＢｉ2Ｎｂ2Ｏ9などを用いることができる。
【００４８】
上記強誘電体層５ｂを、強誘電セラミックのみで形成する場合には、一般にはゾルゲル法、スパッタ法、ＣＶＤ法（化学気相体積法）等が考えられる。なお、ゾルゲル法では、焼成に１０００℃以上の高温が必要なため、導電性基体の材料が限られる。また、スパッタ法、ＣＶＤ法では、導電性基体の形状が大きいと、大きな設備が必要であると共に、ある程度の膜厚までしか形成できないので、製造上考慮しておく必要がある。
【００４９】
強誘電セラミックは、機械的磨耗に強く、潜像記録媒体の耐刷性を向上させることができる。また、強誘電セラミックは、体積抵抗率が非常に高い材料が多いが、抵抗を制御しうる微少元素を混入した上記セラミックの固溶体として、体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍの範囲である中抵抗にすることができる。この範囲の抵抗率にすることで、現像ローラ５のチャージアップを防止し高品位な画像を形成することができるとともに、強誘電セラミック層の残留分極電荷による電界を現像ローラ５表面に形成できる。
【００５０】
さらに、強誘電セラミックは、比誘電率が大きく、残留分極密度も一般的に大きいことが知られている。前述の強誘電体層５ｂの特性としては、比誘電率が１００以上、残留分極密度１×１０−３Ｃ／ｍ２以上、層厚を１０μｍ以上にしている。ここで、強誘電体層５ｂの残留分極電荷による電位は、残留電荷密度と層厚の積に比例し、比誘電率に反比例することが知られている。ここでは比誘電率を１００以上である誘電率の高い強誘電セラミックを用いるので必然的に残留分極が大きく、感光体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに現像ローラに担持し搬送することができる。
【００５１】
また、残留分極密度１×１０−３Ｃ／ｍ２以上の材料を用いることで同じ効果がある。強誘電体層の層圧に関しては、上記の層厚以上であれば、表面の電位が大きくなるのでこれも同じ効果となる。
上記特性は、この関係からトナー担持体にトナーを十分に吸引するのに必要な特性となっている。
【００５２】
〔実施形態３〕
上記実施形態１における現像ローラ５の強誘電体層５ｂは、強誘電セラミック微粒子を樹脂バインダに混入させた構成としたが、強誘電性の高分子材料で構成することもできる。
【００５３】
強誘電性の高分子材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン／三フッ化エチレン共重合体Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、フッ化ビニリデン／四フッ化エチレン共重合体Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）、シアン化ビニリデン／酢酸ビニル共重合体Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡ）等を用いることができる。
【００５４】
これらの材料からなる強誘電体層５ｂは、たとえば、溶融固化法、キャスト法、ディッピング法、スピンコート法、スプレー法によって形成することができる。また、これらの薄いフィルムを支持体上に接着することで形成することもできる。なお、ＰＶＤＦのフィルムは、１軸または２軸延伸することで強誘電性を示すようになるので、そのような延伸フィルムを用いるのが好ましい。Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｅＦＥ）は、溶融固化法やキャスト法、スピンコート法によることで延伸しなくても容易に強誘電性薄膜にし得るので、製造上の自由度が増大する。
【００５５】
なお、フィルム状のトナー搬送部材に用いる場合には、フィルム裏面に金属薄膜や導電膜を形成することも可能である。具体的には、金属薄膜などは蒸着やスパッタリングなどによって形成することができる。また、カーボンなどの導電材料を分散させた導電樹脂層を２相押し出しなどによって成形することができる。このように成形されたフィルム上の強誘電体層表面に極性が交番する残留分極を形成して、表面上に回り込む様な電界を発生させ、トナーなどの粉体や、さらに用紙などのシート状の物を吸着・搬送することができる。
【００５６】
また、上記いずれの強誘電性の高分子材料もその組成比によって強誘電性が大きく異なるので、例えば、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）の場合には、好ましくは、ＶＤＦ：ＴｒＦＥが５０：５０から８５：１５の範囲にあり、さらに好ましくは、ＶＤＦ：ＴｒＦＥが６０：４０から８０：２０の範囲にあることが望ましい。
【００５７】
また強誘電高分子層の特性としては、体積抵抗率が１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍの範囲である中抵抗にすることで、現像ローラのチャージアップを防止し高品位な画像を形成することができるとともに、強誘電体層５ｂの残留分極電荷による電界を現像ローラ５表面に形成できる。この抵抗範囲にするため、高分子材料自体の抵抗値が前記抵抗範囲にある材料であればよいが、高抵抗な高分子材料の場合は、高分子材料中にカーボンブラックなどの抵抗制御剤を混入する。
【００５８】
これらからなる強誘電物質を導電性基体５ａの表面に１０μｍ〜５００μｍの層厚で形成している。強誘電体層５ｂの特性としては、比誘電率が５以上、残留分極密度１×１０−４Ｃ／ｍ２以上、層厚を１０μｍ以上にしている。ここで、強誘電体層５ｂの残留分極電荷による電位は、残留電荷密度と膜厚の積に比例し、比誘電率に反比例する事が知られている。ここでは比誘電率を５以上の強誘電性の高分子材料を選択しているので、残留分極密度が大きくなり、感光体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに現像ローラに担持し搬送することが出来る。
【００５９】
また、残留分極密度１×１０−４Ｃ／ｍ２以上の材料を選択した場合も同じ効果がある。強誘電体層の層厚に関しては、上記の層厚以上であれば、表面の電位が大きくなるのでこれも同じ効果となる。
上記特性は、この関係からトナー担持体にトナーを十分に吸引するのに必要な特性となっている。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１、２、３、４、５、６、７、または、８の発明によれば、トナー担持体を導電性の基体と該基体の表面に強誘電体微粒子を樹脂中に充填させた強誘電体層により構成し、該強誘電体層表面に、交番する残留分極を形成しているので、トナー担持体に非磁性トナーを担持することができるという優れた効果がある。また、該トナー担持体として、該強誘電体微粒子を樹脂中に充填させたものを導電性の基体表面に形成したので、該導電性の基体の材料を広く選択できるとともに、製造時間の短縮および製造コストの低減を図ることができ、大量生産に適した条件を備えているという優れた効果も合わせ持っている。
【００６１】
特に、請求項２の発明によれば、上記強誘電体層は誘電率の高い強誘電体微粒子を混入して比誘電率を１０以上としたので、残留分極密度が大きくなり、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００６２】
特に、請求項３の発明によれば、上記強誘電体層の残留分極密度を１×１０−４Ｃ／ｍ２以上と大きくしているので、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００６３】
特に、請求項４の発明によれば、上記強誘電体層の層厚を１０μｍ以上とすることで、該強誘電体層の表面電位を大きくできるので、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００６４】
特に、請求項５の発明によれば、上記強誘電体微粒子の粒径を１μｍ〜５０μｍの粒径とすることで上記強誘電体層に該強誘電体微粒子を高密度で充填することができ残留分極密度を大きくできるので、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００６５】
特に、請求項６の発明によれば、上記強誘電体微粒子の重量比を５０％以上とすることで残留分極密度を大きくでき、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００６６】
特に、請求項７の発明によれば、上記強誘電体微粒子を分散させる樹脂の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることで、上記トナー担持体表面のチャージアップを防止でき高品位な画像を形成することができるという優れた効果がある。
【００６７】
特に、請求項８の発明によれば、上記強誘電体微粒子を分散させる樹脂に抵抗制御剤を混入することで所定の抵抗値に設定でき、上記トナー担持体表面のチャージアップを防止でき高品位な画像を形成することができるという優れた効果がある。
【００６８】
請求項９、１０、１１、１２、１３、または、１４の発明によれば、トナー担持体は導電性の基体と該基体の表面に強誘電体層として強誘電セラミック層を有するものを用い、該強誘セラミック層表面に交番する残留分極を形成しているのでトナー担持体に非磁性トナーを担持することができるという優れた効果がある。また、トナー担持体表面は強誘電セラミック層で形成したので、耐摩耗性や機械的強度に優れ、高耐久性であるといった優れた効果がある。
【００６９】
特に、請求項１０の発明によれば、上記強誘電体層の比誘電率を１００以上の強誘電セラミック層としているので、残留分極密度が大きくなり、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しにトナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００７０】
特に、請求項１１の発明によれば、上記強誘電セラミック層の残留分極密度を１×１０−３Ｃ／ｍ２以上とすることで、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しにトナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００７１】
特に、請求項１２の発明によれば、上記強誘電セラミック層の層厚を１０μｍ以上とすることで、該強誘電セラミック層の表面電位を大きくできるので、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００７２】
特に、請求項１３の発明によれば、上記強誘電セラミック層の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることで、上記トナー担持体表面のチャージアップを防止でき高品位な画像を形成することができるという優れた効果がある。
【００７３】
特に、請求項１４の発明によれば、上記強誘電セラミック層を抵抗制御剤を微量混入した固溶体とすることで所定の抵抗値に設定できるので、上記トナー担持体表面のチャージアップを防止でき高品位な画像を形成することができるという優れた効果がある。
【００７４】
請求項１５、１６、１７、１８、１９、または、２０の発明によれば、トナー担持体は導電性の基体と該導電性の基体の表面に強誘電体層として強誘電性高分子層を有するものを用い、該強誘電性高分子層表面に交番する残留分極を形成しているので、トナー担持体に非磁性トナーを担持することができるという優れた効果がある。また、上記強誘電セラミック層と比較して、該導電性の基体の材料を広く選択できるとともに、製造時間の短縮および製造コストの低減を図ることができ、大量生産に適した条件を備えているという優れた効果も合わせ持っている。
【００７５】
特に、請求項１６の発明によれば、上記強誘電性高分子層の比誘電率を５以上としているため、残留分極密度が大きくなり、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００７６】
特に、請求項１７の発明によれば、上記強誘電性高分子層の残留分極密度を１×１０−４Ｃ／ｍ２以上と大きくしているので、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００７７】
特に、請求項１８の発明によれば、上記強誘電性高分子層の層厚を１０μｍ以上とすることで、該強誘電性高分子層の表面電位を大きくできるので、潜像担持体線速と同速程度で現像に必要なトナーをトナー飛散無しに上記トナー担持体に担持し搬送することができるという優れた効果がある。
【００７８】
特に、請求項１９の発明によれば、上記強誘電性高分子層の体積抵抗率を１０８Ω・ｃｍ〜１０１３Ω・ｃｍとすることで、上記トナー担持体表面のチャージアップを防止でき高品位な画像を形成することができるという優れた効果がある。
【００７９】
特に、請求項２０の発明によれば、強誘電性高分子材料に抵抗制御剤を混入することで上記強誘電性高分子層を所定の抵抗値に設定できるので、上記トナー担持体表面のチャージアップを防止でき高品位な画像を形成することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る現像装置の断面図。
【図２】本実施例の断面斜視図。
【図３】トナー担持部材の説明図。
【図４】トナー担持体表面層（強誘電体層）の特性図。
【図５】トナー担持体表面の電気力線図。
【図６】トナー担持体表面に吸引されたトナーの模式図。
【符号の説明】
１      感光体
２      現像装置
３      トナー容器
４      トナー
５      現像ローラ
５ａ    導電性基体
５ｂ    強誘電体層
７      アジテータ
８      トナー供給部
９      層厚規制部材
１０    導電性ブレード
１１    帯電装置
１２    転写装置
１３    クリーニング装置
１４    現像シール
５０    ＤＣ電源
５１    交流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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