JP2662051B2

JP2662051B2 - 磁気ブラシ現像法

Info

Publication number: JP2662051B2
Application number: JP1258848A
Authority: JP
Inventors: 京也田口; 孝手嶋; 和彦山村; 貴智福元
Original assignee: Mita Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyocera Mita Industrial Co Ltd
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1997-10-08
Anticipated expiration: 2012-10-08
Also published as: JPH03122666A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、正帯電有機感光体を使用し、該感光体上に
形成された静電像の現像を、二成分系磁性現像剤を用い
て行う磁気ブラシ現像法に関する。

〔従来の技術〕

商業的な電子写真装置における画像形成は、通常、感
光体表面を一定の電位に帯電し、次いで画像露光により
感光体表面に原稿画像に対応する静電像を形成し、この
静電像を、該静電像とは逆極性の電荷を有する現像剤
（トナー）を用いて現像してトナー像を形成し、該トナ
ー像を所定の用紙に転写し定着させることによって画像
形成が行われている。

ところで静電像の現像する方法としては、磁性現像剤
を使用し、内部にマグネットを有する現像スリーブを用
いて現像剤を磁気ブラシの形で搬送し、この磁気ブラシ
を感光体表面に摺擦することにより現像を行う磁気ブラ
シ現像法が広く採用されている。この磁性現像剤として
は、着色剤や電荷制御剤等が分散配合された定着樹脂粒
子であるトナーと、磁性キャリヤとから成る二成分系磁
性現像剤がある。即ち、このトナーは摩擦帯電により感
光体上に形成されている静電像とは逆極性の電荷が付与
されており、キャリヤには、トナーとは逆極性（静電像
と同極性）の電荷が付与されている。

この二成分系磁性現像剤の磁性キャリヤとしては、従
来鉄粉が使用されていたが、磁気ブラシの穂が堅いた
め、感光体を磨耗してその耐久性を低下させたり、また
中間調の画像を得にくいという欠点があり、最近では鉄
粉の代わりにフェライトが使用されつつある。即ち、フ
ェライトは飽和磁化が鉄粉等に比して小さく、これによ
り形成される磁気ブラシは穂がソフトであるため、感光
体の耐久性を低下させることがなく、また中間調の画像
も良好に再現することができる。

また感光体としては、セレン等の無機感光体や、導電
性基体上に有機の感光層を設けた有機感光体があるが、
特に有機感光体は安価であることから、現在広く用いら
れている。さらに有機感光体の中でも正帯電型のもの
は、帯電に際してオゾン等の環境に悪影響を及ぼす放電
生成物の発生が極めて少ないことから注目を浴びてい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、正帯電型感光体においては、感光層中に電
荷発生剤と電子輸送剤とが混在していることに関連し
て、電荷のトラップを生じ易く、セレン等の他の感光体
に比して残留電位が高く、このためにバックグラウンド
部（非画像部）へのトナー付着（所謂かぶり）を生じ易
いという問題がある。従って、正帯電型感光体を用いた
画像形成を行う場合には、通常、残留電位を打ち消すよ
うなバイアス電圧を印加しながら現像が行われている。

然しながら、このようなバイアス電圧を印加しての現
像に、前述した磁気ブラシ現像法を適用すると、磁性キ
ャリヤが感光体上に移行するという所謂キャリヤ引きを
生じ易くなるという新たな問題が生じ、このような問題
は、特に磁性キャリヤとしてフェライトキャリヤを用い
た場合に顕著である。即ち、フェライトキャリヤによっ
て形成される磁気ブラシはソフトであり、現像スリーブ
内のマグネットによる磁気的保持力が小さいためと思わ
れる。従って、キャリヤ引きを生じない範囲でのバイア
ス電圧しか許容されないため、残留電位を打ち消すよう
な高いバイアス電圧を印加することができず、かぶりを
有効に防止することが困難となっていた。

またバイアス電圧の印加を行うと、現像電位がバイア
ス電位の分だけ低くなるため、高濃度の画像を形成する
ためには、感光体と現像スリーブとの間隔（以下D_D-S巾
と呼ぶ）をできるだけ小さくすることが望ましいが、D
_D-S巾を小さくする程キャリヤ引きが顕著となる傾向が
ある。

従って本発明の目的は、磁性キャリヤとしてフェライ
トキャリヤが使用された二成分系現像剤を用いての磁気
ブラシ現像法により、正帯電型感光体表面に形成された
静電像を正規現像する方法において、キャリヤ引きとか
ぶりとの両方が有効に防止され、しかも高濃度の画像を
得ることが可能な現像方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、内部にマグネットを有する現像スリ
ーブを用いて磁性現像剤を磁気ブラシの形で現像域に搬
送し、この磁気ブラシを正帯電有機感光体に摺擦するこ
とによって、該感光体上に形成されている静電像の正規
現像を行う磁気ブラシ現像法において、前記磁性現像剤として、（Ａ）重量平均粒径の50％径
（D₅₀）が70乃至120μｍ且つ250メッシュ以下の小粒径
の含有量が８重量％以下である粒度分布と50乃至70emu/
gの飽和磁化を有するフェライトキャリヤと、（Ｂ）非
磁性トナーとを、 A:B＝98:2乃至95:5 の重量比で含有する二成分系磁性現像剤を使用し、前記現像スリーブと正帯電有機感光体との間隔を1.0m
m未満に設定し、 290V以上のバイアス電圧を印加し且つ現像電位差が48
0V以下となる現像条件下で、上記現像剤の磁気ブラシを
正帯電有機感光体に摺擦して現像を行うことを特徴とす
る磁気ブラシ現像法が提供される。

尚、本発明において正規現像とは、感光体表面に形成
されている静電像とは逆極性に帯電されたトナーを、該
静電像に付着させることにより現像を行う方法を意味す
るものであり、バックグラウンド部を所定の極性に帯電
させ、静電像部分を実質的に無電荷とし、バックグラウ
ンド部と同極性に帯電されたトナーを静電像部分に付着
させることによって現像が行われる所謂「反転現像」と
は異なるものである。

〔作用〕

非磁性トナーと磁性キャリヤとから成る二成分系磁性
現像剤を用いての磁気ブラシによる正規現像を行う場合
には、キャリヤが有する電荷は、感光体表面に形成され
る静電像の電荷とは同極性であるから、キャリヤには電
気的反発力が作用する。またキャリヤの粒径が小さいも
の程、荷電キャリヤに作用する単位重量当りの電気力が
大きいことが知られている。従って、上記の正規現像に
おいては、小粒径のキャリヤ程、感光体からの電気反発
力が大きく、キャリヤ引きを生じにくいというものであ
ることから、キャリヤ引きを防止するために、特に小粒
径のものを含有していないキャリヤを使用するという考
えは、従来は全くなかった。

しかるに本発明によれば、290V以上の高バイアス電圧
を印加しながら磁気ブラシによる正規現像を行う場合に
おいて、前述した粒度分布を有するフェライトキャリヤ
（Ａ）を非極性トナー（Ｂ）と組み合わせで有する二成
分系磁性現像剤を用いることにより、キャリヤ引きを有
効に防止することが可能となったのであり、これは、小
粒径のもの程キャリヤ引きを生じにくいという従来の考
えからは全く予想外のことである。

例えば、第２図は、二成分系磁性現像剤を用いての正
規現像により500枚の連続複写により画像形成を行った
場合のバイアス電圧とキャリヤ損失との関係を示す線図
であり、キャリヤ損失は、500枚複写後に、クリーニン
グ部に回収されたキャリヤ量として縦軸に示されてい
る。この第２図において、△で示された曲線が、250メ
ッシュ以下の小粒径のものを27重量％含有するフェライ
トキャリヤを用いて現像を行った例であり、○で示され
た曲線が、本発明にしたがって250メッシュ以下の小粒
径のものの含有量が８重量％以下のフェライトキャリヤ
を用いて現像を行った例である。これらの曲線の比較か
ら明らかな通り、バイアス電圧が250V以下の場合には、
フェライトキャリヤの粒径はキャリヤ引きには殆ど影響
を与えておらず、小粒径のものを多量に含むフェライト
キャリヤを用いた場合と小粒径の含量が少量に抑制され
ているフェライトキャリヤを用いた場合とでは、キャリ
ヤ引きの程度に実質上の差はなく、これは従来考えられ
ていた通りの結果である。然しながら、以外なことに
は、バイアス電圧を高くなるにつれて、小粒径のものを
多量に含むフェライトキャリヤを用いた場合のキャリヤ
引きが（曲線△）、それが少量の場合に比して（曲線
○）、徐々に多くなり、バイアス電圧が290Vを超えたあ
たりから両者の差がはっきりと現れ、350V以上では顕著
なものとなっていることが理解される。

この様に本発明によれば、重量平均粒径の50％径（D
₅₀）が70乃至120μｍ且つ250メッシュ以下の小粒径の含
有量が８重量％以下である粒度分布を有するフェライト
キャリヤを用いることにより、バイアス電圧を290V以上
に設定しながらキャリヤ引きを有効に防止することが可
能となるのである。

また本発明においては、感光体として正帯電有機感光
体を使用するものであるが、バイアス電圧が290V以上に
設定されているため、バックグラウンド部へのトナー付
着（かぶり）が有効に抑制される。即ち、正帯電有機感
光体では、残留電位が高いためかぶりを生じやすく、か
ぶりを防止するためにバイアス電圧を印加することが必
要であったが、キャリヤ引きを生じるため、高いバイア
ス電圧を印加することができず、実際、290V以上のバイ
アス電圧を印加した例は、従来にはなかった。しかる
に、本発明によれば、前述した粒度分布のフェライトキ
ャリヤを使用することにより、バイアス電圧を高くした
場合のキャリヤ引きが有効に防止されるため、290V以上
のバイアス電圧を印加して現像を行うことが可能とな
り、かくして正帯電有機感光体に特有のかぶりの問題も
有効に解決することに成功したものである。

〔発明の好適態様の説明〕

本発明の現像方法を好適に実施するための画像形成装
置の構造を示す第１図において、正帯電有機感光層24を
備えた感光体ドラム22の周囲には、その回転方向に沿っ
て、可変高圧電源24に接続されたコロナチヤージャ26、
露光用光学系28、現像装置２及び転写用帯電器34が、こ
の順序に配置されている。即ち、コロナチヤージャ26に
よって感光体ドラム22の表面（感光層24の表面）は一様
に正帯電され、光学系28による画像露光によって、ドラ
ム22の表面には、原稿画像に対応する静電像が形成され
る。この静電像は、現像装置２によって現像され、顕像
化されたトナー像36が形成され、転写用帯電器34によっ
て所定の用紙に転写される。転写トナー像を有する用紙
は、図示されていない定着機構に導入され、熱、圧力等
によって該トナー像の定着が行われる。またトナー像36
の転写後の感光体ドラム22は、それ自体公知のクリーニ
ング機構及び除電機構（図示せず）によって、残存トナ
ーの除去及び除電が行われた後、次の画像形成サイクル
に供せられる。

現像装置２は、一面が開口されている現像器10を有し
ており、現像器10内には、感光体ドラム22に対面して内
部にマグネットを備えた現像スリーブ16が配置されてい
る。また現像器10内には、非磁性トナーとフェライトキ
ャリヤとから成る二成分系磁性現像剤14が充填されてお
り、この現像剤14は撹拌機12によって摩擦撹拌され、非
磁性トナーはマイナスに、フェライトキャリヤはプラス
に摩擦帯電され、磁気ブラシ18の形で現像スリーブ16に
よって搬送される。磁気ブラシ18は、穂切り機構20によ
って一定の穂長に調整され、感光体ドラム22と摺擦さ
れ、これによりトナー像36が形成される。

現像器10の上部には、トナー供給用ホッパー４が配置
されており、供給口８を介して、現像器10内にトナー６
が補給されるようになっている。即ち、現像によってト
ナーが消費されると、ホッパー４からトナー６が供給さ
れ、これにより、現像剤14のトナー濃度が一定に保持さ
れる。

感光体ドラム22と現像スリーブ16との間には、電圧調
整機構30を介してバイアス電源33が接続されており、感
光体ドラム22の表面には、静電像の極性とは逆極性のバ
イアス電圧が印加されるようになっている。これによ
り、感光層24の残留電位によるかぶりを有効に抑制する
ものである。

（磁性現像剤）本発明において、磁性現像剤としては、フェライトキ
ャリヤ（Ａ）と非磁性トナー（Ｂ）とを、 A:B＝98:2乃至95:5 の重量比で含有するものが使用される。フェライトキャ
リヤの含有量が上記範囲よりも多いと、キャリヤと感光
体との接触頻度が高まるため、キャリヤ引き等の問題を
生じ易くなり、またトナー量が少量となるため、画像濃
度の高い画像を得ることも困難となる。さらにフェライ
トキャリヤの含有量が上記範囲よりも少ないと、未帯電
トナーや低帯電トナーの発生量が増加し、トナー飛散や
かぶり等の原因となる。

一般に良好な画質の画像を得るためには、上記現像剤
の初期帯電量は、ブローオフ法で測定して５乃至25μC/
g、特に10乃至20μC/gの範囲にあるのがよく、見掛け密
度は1.7乃至2.1g/cm³、特に1.8乃至2.0g/cm₃の範囲にあ
るのがよい。

（フェライトキャリヤ）上記現像剤の磁性キャリヤとして使用されるフェライ
トキャリヤは、50乃至70emu/gの飽和磁化を有するもの
であるが、本発明においては、重量平均粒径の50％径
（D₅₀）が70乃至120μｍ且つ250メッシュ以下の小粒径
の含有量が８重量％以下、特に５重量％以下である粒度
分布を有するものを使用することが重要である。即ち、
先にも説明した通り、このような粒度分布を有するフェ
ライトキャリヤを使用することによって、290V以上のバ
イアス電圧を印加して現像を行った時のキャリヤ引きを
有効に防止できるのである。

かかるフェライトキャリヤとしては、上記の飽和磁化
と粒度分布を有する任意のものを使用することができる
が、具体的には、酸化鉄亜鉛（ZnFe₂O₄）、酸化鉄イッ
トリウム（Y₃Fe₅O₁₂）、酸化鉄カドミウム（CdFe
₂O₄）、酸化鉄ガドリニウム（GdFe₂O₄）、酸化鉄鉛（Pb
Fe₁₂O₁₉）、酸化鉄ニッケル（NiFe₂O₄）、酸化鉄ネオジ
ウム（NdFeO₃）、酸化鉄バリウム（BaFe₁₂O₁₉）、酸化
鉄マグネシウム（MgFe₂O₄）、酸化鉄マンガン（MnFe
₂O₄）、酸化鉄ランタン（LaFeO₃）等の焼結フェライト
粒子を単独又は２種以上の組み合わせで使用することが
できる。これらの中でも特に好ましいものは、Cu,Zn,M
g,Mn及びNiから成る群より選ばれた金属成分の少なくと
も１種、特に２種以上含有するソフトフェライト、例え
ば銅−亜鉛−マグネシウムフェライトである。

また上記のフェライトキャリヤは、所謂スペントトナ
ーの発生を防止するために、表面を樹脂コートされた形
で使用に供することもできる。このようなコーティング
樹脂としては、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル
樹脂、スチレン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、オレフ
ィン樹脂、ケトン樹脂、フェノール樹脂、キシレン樹
脂、ジアリルフタレート樹脂等の例示することができ、
これらは、１種単独でも２種以上の組み合わせでも使用
することができる。これらの樹脂の中でも、シリコーン
樹脂、特に直鎖のオルガノポリシロキサン、例えばジメ
チルポリシロキサン、ジフェニルポリシロキサン、メチ
ルフェニルポリシロキサン等を網状化（架橋）すること
により得られるシリコーン樹脂が好適である。これらの
樹脂のコーティング量は、フェライトキャリヤ100重量
部当り、0.5乃至３重量部、特に0.8重量部の範囲である
のがよい。

（トナー）上記フェライトキャリヤと組み合わせで使用される非
磁性トナーは、定着用樹脂媒質中に着色剤、電荷制御剤
及びそれ自体周知のトナー用配合剤を分散させたもので
ある。

この定着用樹脂としては、スチレン系樹脂、アクリル
系樹脂、スチレン−アクリル系共重合体樹脂を例示する
ことができ、特に定着性の見地から50乃至65℃のガラス
転移点（Tg）を有しているものが好適である。

スチレン系樹脂の製造に使用されるスチレン系単量体
には、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレ
ン、α−クロルスチレン、ビニルキシレン、ビニルナフ
タレン等があるが、中でもスチレンが好適である。

アクリル系樹脂の製造に使用されるアクリル系単量体
としては、エチルアクリレート、メチルメタクリレー
ト、ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタク
リレート、アクリル酸、メタクリル酸等が代表的であ
る。またこれ以外にも、無水マレイン酸、フマル酸、マ
レイン酸、クロトン酸、イタコン酸等のエチレン系不飽
和カルボン酸乃至その無水物があり、本発明において
は、これら何れの単量体から誘導されたアクリル系樹脂
を定着用樹脂として使用することができる。

またスチレン−アクリル系共重合体樹脂は、定着用樹
脂として好適なものの一つであり、特にスチレン系単量
体（ａ）とアクリル系単量体（ｂ）とが、 a:b＝50:50乃至90:10、特に、60:40乃至85:15 の重量比で共重合されたものがよく、通常、酸価が25以
下であるものが好ましい。

定着用樹脂中に分散配合される着色剤としては、各種
の無機または有機の顔料乃至染料等が使用される。その
好適な例としては、例えばファーネスブラック、チャン
ネルブラック等のカーボンブラック；四三酸化鉄等の鉄
黒；ルチル型またはアナターゼ型等の二酸化チタン；フ
タロシアニンブルー；フタロシアニングリーン；カドミ
ウムイエロー；モリブデンオレンジ；ピラゾロンレッ
ド；ファストバイオレットＢ等を挙げることができる。
これらの着色剤は、１種単独でも２種以上を組み合わせ
ても使用することができる。

また電荷制御剤としては、それ自体公知の任意のもの
を使用することができるが、その代表的な例としては、
ニグロシンベース（C.I.50415）、オイルブラック（C.
I.26150）、スピロンブラック等の油溶性染料、ナフテ
ン酸金属塩、脂肪酸、石ケン、樹脂酸石ケン等を挙げる
ことができる。

トナー粒子の平均粒径は、コールターカウンターで即
的した体積基準メジアン径が８乃至14μｍ、特に10乃至
12μｍの範囲にあるのがよい。トナー粒子の形状は不定
形でも球状であってもよい。不定形トナー粒子は、通
常、溶融混練・粉砕法で製造され、球状トナー粒子は、
通常、分散乃至懸濁重合法で製造される。

（感光体）本発明において、感光体としては、導電性基体上に正
帯電感光層を設けた正帯電有機感光体が使用される。こ
の正帯電感光層は、それ自体周知であり、電荷発生剤と
電荷輸送剤とをバインダー樹脂に分散させることによっ
て形成されるものであり、例えば特開平１−118143号公
報（特願昭62−277158号）に開示されている。

（現像条件）本発明において、前述した二成分系磁性現像剤の磁気
ブラシを感光体に摺擦させて感光体上に形成された静電
像の現像を行うにあたっては、前記バイアス電源33によ
って現像スリーブ16と感光体ドラム22との間にバイアス
電圧が印加されるが、このバイアス電圧は290V以上とす
る。即ち、上記正帯電有機感光体（感光体ドラム22）は
残留電位が比較的高く、このためにバックグラウンド部
へのトナー付着（かぶり）を生じ易いが、290V以上のバ
イアス電圧を印加することによって、かぶりを有効に防
止することができる。またこのような高いバイアス電圧
が印加されていても、現像剤中のキャリヤとして前述し
た粒度分布のフェライトキャリヤを使用しているため、
キャリヤ引きも有効に抑制されている。

また上記のような高いバイアス電圧を印加しているこ
とに関連して、感光体ドラム22表面（感光層24表面）の
主帯電電位とバイアス電位との差で示される現像電位差
は480V以下となり、低電位現像により画像形成が行われ
ることになる。従って、低電位現像による画像濃度の低
下や低帯電トナーの飛散等を防止し且つ階調性の高い画
像を得るために、感光体ドラム22と現像スリーブ16との
間隔（D_D-S巾）を1.0mm未満に設定しておくこと必要で
ある。D_D-S巾に関連して、穂切り機構20による穂切り巾
（穂切り機構20と現像スリーブ16との間隔）は、0.7乃
至0.9mmの範囲に設定しておくのが好ましい。

〔実施例〕

実施例１〜比較例１乃至３表１に示す粒度分布及び物性を有するアクリル樹脂コ
ートフェライトキャリヤとトナーとを、重量比で4.5:9
5.5の割合で混合し、表１に示す基本特性を有する二成
分系磁性現像を調製した。なお、トナーとしては、スチ
レン−アクリル系樹脂にカーボンブラックが分散された
タイプのものであって、平均粒径が10乃至14μｍのもの
を使用した。

上記の現像剤と、正帯電有機感光体を搭載した第１図
に示された構造の複写機とを使用し、表１に示す現像条
件で正規現像を行い、画像を形成した。

得られた画像の画像濃度、かぶり濃度、及びキャリヤ
引き量を表１に示す。

尚、キャリヤ引き量は、連続して500枚の画像形成を
行い、クリーニング部に回収されたキャリヤ量で示し
た。

〔発明の効果〕本発明によれば、正帯電型有機感光体を用いての磁気
ブラシによる正規現像において、290V以上のバイアス電
圧を印加して現像を行うため、残留電位によるかぶりを
有効に防止することができる。しかも、特定の粒度分布
を有するフェライトキャリヤを有する二成分系磁性現像
剤を使用しているため、バイアス電圧を290V以上に設定
してもキャリヤ引きを生じることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の現像方法を好適に実施するための画
像形成装置の一例を示す図である。第２図は、バイアス電圧とキャリヤ引きとの関係を示す
線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福元貴智大阪府大阪市中央区玉造１丁目２番28号三田工業株式会社内 (56)参考文献特開昭54−68246（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−96033（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−700548（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−42163（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部にマグネットを有する現像スリーブを
用いて磁性現像剤を磁気ブラシの形で現像域に搬送し、
この磁気ブラシを正帯電有機感光体に摺擦することによ
って、該感光体上に形成されている静電像の正規現像を
行う磁気ブラシ現像法において、前記磁性現像剤として、（Ａ）重量平均粒径の50％径
（D₅₀）が70乃至120μｍ且つ250メッシュ以下の小粒径
の含有量が８重量％以下である粒度分布と50乃至70emu/
gの飽和磁化を有するフェライトキャリヤと、（Ｂ）非
磁性トナーとを、 A:B＝98:2乃至95:5 の重量比で含有する二成分系磁性現像剤を使用し、前記現像スリーブと正帯電有機感光体との間隔を1.0mm
未満に設定し、 290V以上のバイアス電圧を印加し且つ現像電位差が480V
以下となる現像条件下で、上記現像剤の磁気ブラシを正
帯電有機感光体に摺擦して現像を行うことを特徴とする
磁気ブラシ現像法。