JP2510156B2 - 反転現像方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像担体表面に形成した静電潜像の非帯電領
域に，磁性キャリアと磁性トナーとからなる現像剤中の
磁性トナーを付着させて反転トナー像を得る反転現像方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年情報処理機器の高性能化および多様化に伴なっ
て，出力形態も多様化，高速化を要求され，ノンインパ
クト形式の電子写真方式のプリンタが開発されている。
上記プリンタの記録原理は一般の電子複写機と同様，画
像担体表面に形成した静電潜像を現像後，普通紙へ転写
するものである。而してプリンタにおいては，コンピュ
ータからの情報を一様帯電させた画像担体表面にレーザ
光などで書き込み，この書き込み部すなわち露光部にト
ナーを付着させるため，反転現像を行なう必要がある。

上記の反転現象に使用する現像剤としては，磁性キャ
リアとトナーとからなる二成分系現像剤が一般的であ
る。この方法では普通紙へのトナー像の静電転写が可能
であり，高画質のプリンタ画像が得られるが、キャリア
とトナーとの混合比率を一定にするための手段が必要で
ある。従って現像装置の大型化，複雑化を招来する他，
キャリアを定期的に交換する必要があるという欠点があ
る。

このような欠点解消のために，磁性を有するトナー粒
子のみからなる一成分系現像剤を使用して静電潜像を現
像する方式がある。上記磁性トナーを使用する反転現像
方法においては，静電潜像と同極性の電荷を有する磁性
トナーを保持する導電性スリーブに，静電潜像と同極性
の直流バイアス電圧を印加することにより，トナーを非
画像部に付着させるのである。また現像によって得られ
たトナー像を転写シート上に静電転写する場合，電気抵
抗の高い絶縁性磁性トナーを使用するのが一般的であ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような電荷型の絶縁性磁性トナーを，静電潜像
と同極性に帯電させて反転現像を行なった場合，画質が
二成分系現像剤を使用したものより劣るのが実情であ
る。すなわち静電潜像と同極性に帯電する磁性トナーを
使用する場合には，画像濃度の点では前記二成分系現像
剤を使用するものと同等の結果が得られるのであるが，
解像度の点で充分でなく，更に画像担体表面とスリーブ
との間に形成される現像ギャップが狭いため，画像周辺
にチリが発生し易いという問題点がある。

本発明は上記のような問題点を解決し，解像度が高
く，かつ画像周辺にチリが発生することのない反転現像
方法を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために，本発明においては下記
のような技術的手段を採用した。すなわち， A.画像担体表面に静電潜像を形成し，前記画像担体表面
に対向して配置しかつ内部に磁性発生部材を備えた非磁
性導電性スリーブ上に磁性キャリアと磁性トナーとから
なる現像剤を供給し，前記スリーブと前記磁界発生部材
との相対的回転により前記現像剤を前記画像担体表面に
向かって搬送し，前記スリーブに直流電圧を印加して前
記静電潜像の非画像部に現像剤中の磁性トナーを付着さ
せる反転現像方法において。

B.前記画像担体を負の帯電特性とする。

C.前記磁性トナーを正の帯電特性とする。

D.磁性トナーの摩擦帯電量を１〜20μc/gおよびスリー
ブ上の帯電電圧を＋５〜＋80Vとする。

E.前記スリーブに負の直流電圧を印加する。

という技術的手段を講じたものである。

〔作用〕

第１図は本発明を実施するための現像装置の一例を示
す要部断面図である。同図において１は感光体ドラムで
あり，静電潜像（図中−記号で示す）を保持する光導電
性層1aと，電気的に接地された導電性基体1bとからな
り，矢印Ｗ方向に回転自在に設ける。次に２はトナー槽
であり，例えばフェライト等の磁性キャリアと磁性トナ
ーとを混合してなるトナー３を収容する。トナー槽２の
下部には前記感光体ドラム１と対向してスリーブ４を矢
印Ｙ方向に独立回転自在に設けると共に，スリーブ４内
には表面に複数個の磁極を有する永久磁石部材５を，ス
リーブ４と同軸的にかつ矢印Ｘ方向に独立回転自在に設
ける。６はドクターブレードであり，前記スリーブ４の
表面に臨ませて出入自在に設け，スリーブ４上を移動す
るトナー３の厚さを規制する。次にスリーブ４は例えば
オーステナイト系ステンレス鋼またはアルミニウム合金
等の非磁性かつ導電性材料によって形成し，負の極性を
有する直流電源７と電気的に接続する。

上記のような構成により反転現像方法について記述す
る。まずスリーブ４と永久磁石部材５とを相対的に回転
させることにより，トナー槽２内に収容したトナー３を
スリーブ４上に引出し，矢印Ｙ方向にドクターギャップ
ｄから現像ギャップＤに向かって搬送する。トナー３は
光導電性層1a上に形成した静電潜像と逆極性の正帯電す
る特性を付与してあり，上記搬送過程においてスリーブ
4,ドクターブレード６またはトナー３同志の接触により
正の電荷を持つようになる。而して正電荷を有するトナ
ー３が現像領域に到達すると，光導電性層1aの非画像部
に付着してトナー像を形成する。次にこのトナー像は感
光体ドラム１の回転によって転写位置に至り，転写シー
ト（図示せず）の裏面から静電潜像と逆極性の正の電界
を印加することにより，転写シート上に転写され，次い
で熱若しくは圧力による手段を介して定着される。

本発明の反転現像方法においては，静電潜像と逆極性
に帯電する性質の磁性トナーを使用するものであるた
め，磁性トナーは静電潜像の画像部に付着するように思
考されるが，本発明者等の実験によれば，前記のように
静電潜像の非画像部に明確に付着することが確認され，
再現性もまた充分に存在する。

本発明により高品質の画像が得られる理由は，詳細は
不明であるが，次のようなことであると推察される。

磁性トナーは磁性キャリアと共にスリーブ上を搬送さ
れる過程で，上述したように正極性に帯電し，殆どのト
ナー粒子は正の電荷を持つようになる。この磁性トナー
が現像領域に至り，静電潜像の電界中に入ると，電界の
方向に従ってトナー中の電荷が移動し，静電潜像電位の
低い感光体との界面近傍にあるトナー粒子は負の電荷を
持つようになる。これにより負の電荷を持ったトナー粒
子が静電潜像の非画像部に付着して，反転画像が得られ
る。従って，従来は静電潜像と同極性に帯電する磁性ト
ナーを使用していたため過現像状態を惹起する。即ちト
ナーが感光体表面に付着しすぎる結果，チリが発生す
る。これに対し，本発明によれば，感光体との界面近傍
にあるトナーのみが現像に寄与する帯電極性となるた
め，過現像が抑制され，チリの発生を防止することがで
きると思われる。

本発明において使用する磁性トナーは，ブローオフ法
によって測定した場合の摩擦帯電量が１〜20μc/gであ
り，スリーブ上の帯電電圧が＋５〜80Vであるのが望ま
しい。すなわち摩擦帯電量および帯電圧が過大になる
と，画像濃度が低下し，一方これらが不足すると，カブ
リが多くなり，何れも不都合である。

次に磁性トナーを構成する磁性粉としては，フェライ
ト，マグネタイトを初めとする鉄，コバルト，ニッケル
等の強磁性を示す元素を含む合金または化合物およびそ
の他熱処理若しくは何等かの処理によって強磁性を示し
種々の合金等を使用し得る。これらの強磁性体は，数μ
ｍないし数＋μｍの粒径を有するトナー中に含有させる
ため，平均粒径が0.02〜３μｍのものが望ましい。而し
てトナー中に含有させる量は，トナー全量に対し30〜70
重量％とするのが望ましい。30重量％未満ではトナーの
磁力が低下してスリーブから飛散し易くなり，一方70重
量％を越えると，樹脂含有量が極めて少なくなって定着
性が低下してしまうので不都合である。

次に定着用の樹脂は，定着方式によって適宜に選定す
ることができる。例えばオーブン加熱若しくは熱ロール
等の熱定着手段による場合には，下記のような種々の熱
可塑性樹脂を使用することができる。すなわち，スチレ
ン類，ビニルエステル類，α−メチレン脂肪族モノカル
ボン酸のエステル類，アクリロニトリル，メタクリロニ
トリル，アクリルアミド，ビニルエーテル類，ビニルケ
トン類,N−ビニル化合物等の単量体を重合させたホモポ
リマー若しくは，これらの単量体を２種以上組合わせて
共重合させたコポリマーあるいは，それらの混合物を使
用できる。この他にも，ロジン変性フェノールホルマリ
ン樹脂，ビスフェノール型エポキン樹脂，油変性エポキ
シ樹脂，ポリウレタン樹脂，セルローズ樹脂，ポリエス
テール樹脂，ポリエステル樹脂等のビニル系熱可塑性樹
脂あるいは，それらと前記のようなビニル系樹脂との混
合物も使用できる。

特にオーブン加熱手段によって定着する場合には，ビ
スフェノール型エポキシ樹脂，ビスフェノール型ポリエ
ステル樹脂が望ましく，また熱ロールによって定着する
場合には，スチレン系樹脂若しくはポリエステル樹脂が
望ましい。スチレン系樹脂においては，スチレン成分が
多い程熱ロールに対する離型性が向上する。なお熱ロー
ルに対する離型性を更に向上させるためには，脂肪酸金
属塩類，低分子量ポリオフィン類，炭素数28以上の高級
脂肪酸類，天然若しくは合成のパラフィン類，熱可塑性
ゴム等を添加すればよい。

一方，定着手段が常温における圧力のみによる圧力定
着方式の場合，例えば下記のような樹脂を使用する。す
なわち，高級脂肪酸類，高級脂肪酸金属塩類，高級脂肪
酸誘導体，高級脂肪酸アミド類，ワックス類，ロジン誘
導体，アルキッド樹脂，エポキシ変性フェノール樹脂，
天然樹脂変性フェノール樹脂，アミノ樹脂，シリコン樹
脂，ポリウレタン，ユリア樹脂，ポリエステル樹脂，ア
クリル酸またはメタクリル酸と長鎖アルキルアクリレー
トとの共重合オリゴマー，スチレンと長鎖アルキルアク
リレート，長鎖アルキルメタクリレートとの共重合オリ
ゴマー，ポリオレフィン，エチレン〜酢酸ビニル共重合
体，エチレン〜ビニルアルキルエーテル共重合体，無水
マイレン酸系共重合体，石油系残渣，ゴム類等が挙げら
れる。

上記の樹脂は何れも任意に選定し，また任意に混合し
て使用できるが，トナーとして形成した場合の流動性を
低下させないために，ガラス転移点が40℃を越えるもの
が有効である。

而して上記以外にも，一般の乾式現像剤として使用さ
れている種々の顔料および／または添料を添加含有させ
ることができる。しかしトナー全量に対する含有量は，
トナーの電気特性等を考慮して10重量％未満が適当であ
る。使用できる顔料としては，例えばカーボンブラッ
ク，アニリンブルー，カルコオイルブルー，クロームイ
エロー，ウルトラマリンブルー，デュポンオイルレッ
ド，キノリンイエロー，メチレンブルークロライド，フ
タロシアニンブルー，マラカイトグリーンオクサレー
ト，ランプブラック，ローズベンガルおよびそれぞれ等
の混合物等である。なおマグネタイトのように磁性粉自
体が着色している場合には敢て添加する必要はない。ま
たカーボンブラックを使用する場合には，トナーの絶縁
性を低下させないために，トナー中の樹脂成分100重量
部当り0.01〜５重量部の範囲で含有させるのが望まし
い。

またトナーに正の帯電特性を与えるためには，ニグロ
シン染料あるいは高級脂肪酸で変成したニグロシン染料
のような正の摩擦帯電特性を有する染料，若しくは正の
荷電制御性の基を有する樹脂等の正の荷電制御剤を添加
すればよい。なお添加量は，一般に0.1〜５重量％の範
囲が望ましい。

次に本発明において使用する磁性トナーは，上記の材
料により粉砕法若しくはスプレードライ法等の公知の方
法によって製造できる。而して生成すべきトナーの平均
粒径は,5〜30μm,好ましくは10〜20μｍの範囲がよい。
なお分級後のトナー粒子表面には，例えばカーボンブラ
ック若しくは酸化錫等の導電性粒子またはシリカ粉末等
の添加剤の添加により，電気抵抗若しくは流動性を調節
することができる。

本発明において使用する現像剤は，鉄粉，マグネタイ
ト，フェライトのような磁性キャリアと上記磁性トナー
とを混合して調整する。ただし，画質の点からは，本出
願人の出願に係る特願昭60−182328号明細書に記載する
ように，フェライトキャリアを使用するのが好ましい。
キャリアとトナーとの混合比は，重量比で30〜90:70〜1
0の範囲が望ましい。キャリアが30重量％未満である
と，トナー量が多すぎるためトナーガ飛散し易くなると
共にスペイントナー量が増加し，一方キャリアが90重量
％を越えると，キャリアが凝集し易くなると共にキャリ
ア付着を生ずるので何れも不都合である。

なお，キャリアとトナーとの混合比は，必ずしも上記
範囲に限定されず，良好な現像が行える範囲で適宜設定
すればよい。

次に現像剤の搬送方法は，キャリアの磁気的凝集を防
止するために，少なくともスリーブを回転させる方式が
望ましく，スリーブのみに限らず永久磁石部材をスリー
ブと同方向若しくは逆方向に回転させてもよい。なお現
像剤の良好な搬送を行なうためには，永久磁石部材をス
リーブと逆方向に回転させることが望ましい。

〔実施例〕

以下本発明を実施例によって具体的に説明するが，本
発明はこれらの例によって限定されるものではない。

まず画像評価に使用した磁性キャリアと磁性トナーに
ついて記述する。

フェライトキャリア 60重量％ （日立金属製 KBN−100粒径70〜140μｍ） 磁性トナー 40重量％ 磁性トナーは，スチレンアクリル系樹脂（セキスイ科
学工業製 P520），マグネタイト（戸田工業製 EPT50
0）および荷電制御剤（オリエント科学製 ボントロン
No.3）を表に示す配合によって乾式混合し，ニーダで
200℃の温度で加熱混練した。生成した混練物を冷却・
固化後ジェットミルにより20μｍ以下の粒子に粉砕し
た。次にこの粉砕粉をスーパーミキサーに投入し，更に
微粉末シリカ（日本アエロジル製 R972）を0.5重量部
添加して混合した。混合粉を120℃の熱気流中に導入し
て熱処理を行なった後，ジグザグ分級機によって分級を
行ない５〜20μｍの粒度分布を有する磁性トナーNo.1〜
４を得た。これらの磁性トナーの摩擦帯電量（以下TEC
と記す）および表面電位は表に示す通りである。なおN
o.5は比較のために荷電制御剤としてオリエント科学製
ボントロンE81を使用したものである。

而して上記磁性トナーのTECは，市販のブローオフ粉
体帯電量測定器（東芝ケミカル製 TB−200）により，
次の条件で測定した値である。キャリア（日本鉄粉製
Ｚ−200）10gとトナー0.5gを外径40mmφのプラスチック
容器に投入し，流動表面角度測定器にて10分間回転さ
せ，得られた混合物の中から200mgの試料を採取し,325
メッシュの篩を使用した容器に投入し，前記帯電量測定
器によりブロー圧1.0kg/cm²,ブロー時間40秒の条件で測
定する。

またトナーの帯電電圧すなわち表面電位は第２図に示
す装置によって測定する。同図において,8は非磁性スリ
ーブ（外径50mmφ）,9は永久磁石部材（外径46mmφ，長
さ150mm,12極対称着磁，スリーブ上の磁束密度1000G）,
10は表面電位計（トレック344）,11は測定子である。而
してスリーブ８と測定子11との間隙ｇを5mmに調整した
後，スリーブ８上にトナーを3g供給し，永久磁石部材９
を1000r.p.m.で１分間回転させた時トナーの表面電位を
測定する。

上記磁性トナーを使用して次のような条件により画像
を形成し，評価を行ない，その結果を前記表に示す。

周速150mm/secで回転するOPCドラムをコロナ帯電器で
−800Vに一様帯電後，市販の半導体レーザーで分割露光
して静電潜像を形成し，次いで第１図に示す現像装置に
よって現像を行なった。スリーブ４には外径32mmφのSU
S304製円筒を使用し，永久磁石部材５には外径29.3mmφ
で10極対称着磁を施し，スリーブ４上の磁束密度が800G
のフェライト磁石を使用した。ドクターギャップｄおよ
び現像ギャップＤを各々0.3mmおよび0.4mmに設定し，ス
リーブ４を矢印Ｙ方向に永久磁石部材５を矢印Ｘ方向
に，かつ各々200r.p.m.および1000r.p.m.で回転させ，
直流バイアス電圧は−700Vに設定した。得られたトナー
像は普通紙に転写してから定着温度180℃，線圧1kg/cm
にてヒートロール定着を行なった。

表から明らかなように，トナーNo.1〜３は何れも濃
度，解像度共に良好な値を示すのみならず，画像周辺に
チリの全く発生しない鮮明な画像が得られた。これに対
してトナーNo.4はチリは無いが画像濃度が低下し，トナ
ーNo.5に示すものは，濃度および解像度の何れも低い値
に留まり，また画像周辺にチリの発生があった。

本実施例においては，磁性キャリアとしてフェライト
キャリアを使用する例を示したが，鉄粉，酸化鉄（Fe₃O
₄）等の他の磁性キャリアでも作用は同一である。

〔発明の効果〕

本発明の反転現像方法は，以上記述のような構成およ
び作用であるから，高品質な画像が得られ，特に解像度
が高く，かつ画像周辺にチリが発生することのない反転
画像が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための現像装置の一例を示す
断面図，第２図はトナーの表面電位測定装置を示す断面
図である。 1:感光体ドラム,3:トナー,4:スリーブ,5:永久磁石部
材。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像担体表面に静電潜像を形成し，前記画
   像担体表面に対向して配置しかつ内部に磁界発生部材を
   備えた非磁性導電性スリーブ上に磁性キャリアと磁性ト
   ナーとからなる現像剤を供給し，前記スリーブと前記磁
   界発生部材との相対的回転により前記現像剤を前記画像
   担体表面に向かって搬送し，前記スリーブに直流電圧を
   印加して前記静電潜像の非画像部に現像剤中の磁性トナ
   ーを付着させる反転現像方法において，前記画像担体を
   負の帯電特性とし，前記磁性トナーを正帯電特性とする
   と共に，磁性トナーの摩擦帯電量を１〜20μc/gおよび
   スリーブ上の帯電電圧を＋５〜＋80Vとし，かつ前記ス
   リーブに負の直流電圧を印加することを特徴とする反転
   現像方法。