JP2752444B2

JP2752444B2 - 現像方法

Info

Publication number: JP2752444B2
Application number: JP1171217A
Authority: JP
Inventors: 誠一加藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-07-04
Filing date: 1989-07-04
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH0336556A

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、静電記録、静電印刷のような画
像形成方法における静電荷像を現像するための現像方法
に関する。さらに詳しくは、直接又は間接電子写真現像
方法において均一に負に帯電し、正静電荷像を可視化し
て、または負静電荷像を反転現像により可視化して、高
品質な画像を与える現像方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、電子写真法や静電記録等で採用される現像方法
としては、大別して乾式現像法と湿式現像法とがある。
前者は更に二成分系現像剤を用いる方法と、一成分系現
像剤を用いる方法とに２分される。

これらの内、一成分系現像剤を用いる方法には、トナ
ー粒子を噴霧状態にして用いるパウダークラウド法、ト
ナー粒子を直接的に静電潜像面に接触させて現像する接
触現像法（コンタクト現像、またはトナー現像ともい
う）、トナー粒子を静電潜像面に直接接触させず、トナ
ー粒子を荷電して静電潜像の有する電界により該潜像面
に向けて飛翔させるジャンピング現像法、磁性の導電性
トナーを静電潜像面に接触させて現像するマグネドライ
法等がある。

特開昭54−43027号公報、特開昭55−18656号公報等で
提案されている、静電像を表面に保持する静電潜像保持
体と絶縁性トナーを表面に担持するトナー担持体とを現
像部において一定の間隙を設けて配置し、トナーをトナ
ー担持体上に、前記間隙よりも薄く担持させ、該トナー
を現像部において前記静電像保持体に転移させ現像する
方法は、上述のカブリが出にくいという長所を有してお
り、キャリヤー粒子を用いないために、上述した混合比
の変動という事態もなく、更にキャリヤー粒子の劣化も
なく、信頼性が高く安定した静電像現像方法であるとい
える。

また、従来知られているジャンピング現像方法は、繰
り返し複写を続けると、場合によってはトナー担持体上
に担持されたトナー層の均一性が損なわれ、担持体の円
周方向にスジ状のコーティング不良が発生したり、担持
されたトナー層の厚みが、初期と比較して部分的に極端
に厚くなり、斑点状のムラが生じたり、さざ波状のコー
ティング不良が発生する。前者は、現像した際に画像に
白スジとして観察され、後者は斑点状あるいはさざ波状
の濃度ムラとなって観察される。これらの現象は、通常
の繰り返し複写では殆ど発生しないが、特に長期間の超
低温低湿の環境条件下での連続使用で発生することがあ
り、好ましくない。

また、高温高湿においても、トナー層の厚みが変化
し、薄くなる場合が多く、しばしば画像濃度の低下を引
き起こし好ましくない。この点について、検討を重ねた
結果、その原因の一つは荷電制御方法の安定性及び信頼
性の低さにあり、この原因により該スリーブ上へのトナ
ーの付着、及びスリーブからのトナーの転写が変化する
ためであることを見出した。

更に詳しく述べると、このような現象は環境条件の変
化によって、担持体上に担持されたトナー層において、
摩擦帯電量の不均一部分が生じることによる。即ち、超
低温低湿の環境条件下では、担持体表面とトナーとの摩
擦により発生するトナーの摩擦帯電電荷に極端に大きい
成分が発生し、その電荷に起因する鏡映力のため、担持
体近傍にそのような摩擦帯電電荷の極端に大きな成分が
蓄積しやすく、これが連続耐久などによってトナー層の
上層部分のトナーのコーティングの均一性や易現像性に
影響を与え、現像として、前記した白スジや、斑点状の
ムラ、さざ波状のコーティング不良を生じさせている。
また高温高湿におけるトナー層の厚み減少も、トナーと
担持体との摩擦帯電の不均一から発生するもので、担持
体表面近傍のトナーの摩擦帯電量の不安定性によるもの
である。以上の現象は、現像スリーブの周速が増すほど
顕著となる。

乾式現像用トナーに用いられる荷電制御剤としては、
例えば一般に第四級アンモニウム化合物及び有機染料、
２価以上の金属を含む有機性の塩類ないしは錯体類、塩
基性染料とその塩などがある。

しかしながら、これらの荷電制御剤としての染料は、
構造が複雑で、性質が一定しておらず、安定性に乏しい
ものである。また、熱混練時の分解、機械的衝撃、摩
擦、温湿度条件の変化等により分解または変質しやす
く、荷電制御性が低下しやすい。

従ってこれらの染料を荷電制御剤として含有したトナ
ーを複写機に適用して現像を行なうと、複写回数の増大
にしたがって荷電制御剤が分解または変質し、耐久中に
トナーの劣化を引き起こすことがある。

また、これらの負荷電制御剤は、熱可塑性樹脂中に均
一に分散することが極めて困難であり、粉砕して得られ
たトナー粒子間の摩擦帯電量に差異を生じるという致命
的欠点を有している。このため、従来より分散を更に均
一に行なうための種々の方法が行なわれている。例え
ば、予め荷電制御剤粉末と樹脂粉末とを機械的に粉砕混
合してから、熱溶融混練する方法も取られている。しか
し、本来の分散性不良は回避することができず、未だに
実用上満足のいく荷電の均一性得られていないのが現状
である。

また、樹脂中への分散不良のために、溶融混練後、粉
砕したときに荷電制御剤がトナー表面に露出して高湿条
件下で該トナーを用いるとき、良質の画像が得られない
という欠点を有している。

このように、従来の負荷電制御剤をトナーに用いた際
には、トナー粒子間に、あるいはトナーとスリーブのよ
うなトナー担持体間において、トナー粒子表面に発生す
る電荷量にばらつきを生じ、現像カブリ、トナー飛散等
の障害が発生しやすい。またこれらの障害はスリーブ周
速が大きい場合や複写を多く重ねた際に顕著な現象とな
って現われ、実質上、複写機には適さないものである。

更に、高湿条件下においては、トナー画像の転写効率
が著しく低下し、使用に耐えないものが多い。常温常湿
においてさえも、トナーの長期保存した際には、用いた
正荷電制御剤の不安定性のために、変質を起し、使用不
可能になる場合が多い。

本発明者は、実験用に製作した現像スリーブ周速が60
0mm/s以上で、拡大縮小、領域指定等が可能な複写機を
用いてこのトナーの試験を行なったところ、領域指定部
分にカブリを生じることを確認した。これは、余白や、
領域指定部分に周囲白地部分より低電位にすることによ
って、トナーの付着を防止しているため、現像スリーブ
周速が500mm/s以上の大きい場合、負帯電性が不十分な
トナーが存在するようになり、“反転カブリ”としてこ
の余白部分や領域指定部分に現像されてしまう現象であ
る。特に領域指定の場合、指定部分を再び別色のトナー
で現像する場合が多くコピー画像の品位を著しく低下さ
せてしまう。

また複写機を高速化する場合、装置に供給されるトナ
ー量も多くなり、保存用トナーも多量になってしまう。
高速で装置が作動する場合、実際に現像機に存在してい
るトナーと、供給されるトナーは電気的に大きく違った
性質を示すようになり、両者が実際に現像機中で混合さ
れた場合カブリ、反転カブリ、濃度低下など多くの問題
が生じていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、上記のような欠点を改良した負帯電
性一成分磁性トナーを使用する新規な現像方法を提供す
ることにある。特に、負帯電性トナーの逆動による反転
カブリを生じさせない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〕

本発明者は鋭意検討の結果、トナー担持体上のトナー
の有する静電荷量および飽和磁化（σ_ｒ）を精密に制御
することにより上記目的を達成し得ることを見出した。
即ち本発明は、トリボ電荷量が−５〜−300μc/g、一次
平均粒子径が５〜30mμである負帯電性微粒子の0.05〜1
0重量％を含有した飽和磁化30〜40emu/gの負帯電性一成
分磁性トナーを、750〜1000gaussの固定磁石を内包する
円筒状スリーブに周波数200〜4000Hz、ピーク・ピーク
値500〜3000Vの交流バイアス及び＋100〜＋300Vの直流
バイアスを印加し、スリーブ周速600mm/s以上で回転さ
せることにより非接触的に現像を行なうことを特徴とす
る現像方法ある。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の現像方法に好適に用いられる装置の
概略図である。第１図において静電像保持体１は導電性
基体３とその上に設けられたアモルファスシリコンを用
いた光導電層２とから構成される。静電像保持体１は矢
印方向に回転させられるもので、帯電器10により帯電さ
せられた後、画像に合わせて露光を行なうことにより、
露光された部分が導電性を有するようになる。４はトナ
ー担持体である円筒状スリーブであり、内部に700〜100
0Gaussの多極永久磁石が回転しないよう配置されてい
る。現像器６内の一成分磁性トナー７は円筒状スリーブ
４上に塗布され、該スリーブ４が回転することにより摩
擦され、トリボ電荷が与えられる。さらに鉄製の磁性ド
クターブレード５を円筒状スリーブ４の表面に近接して
（間隔50〜500μｍ）、多極永久磁石の一つの磁極位置
に対向して配置することにより、トナー層の厚さを薄く
（30〜300μｍ）しかも均一に規制して静電像保持体１
と円筒状スリーブ４の間隙よりも薄いトナー層を形成さ
せる。この時スリーブ４は周速600mm/s以上で回転させ
られる。

次に現像においてスリーブ４と静電像保持体１の表面
との間で交流バイアスおよび直流バイアスをバイアス電
源８により印加して静電像保持体１の表面の帯電性を有
する部分にトナーを転移させる。この交流バイアスは周
波数（ｆ）が200〜4000Hz、ピーク・ピーク値が500〜30
00V、直流バイアスは＋100〜＋300Vであればよい。

このようにして静電像保持体１の表面に形成された像
は転写部においてコロナ放電器11を用いて転写紙12に転
写される。静電像保持体１の表面はクリーナー９により
清浄にされた後、以上の工程を繰り返し行なう。

本発明においては磁性ドクターブレード５として鉄の
代りに永久磁石を用いて形成しても良い。

本発明に用いられる一成分磁性トナーは飽和磁化（σ
_ｓ）が30〜40emu/gであるものが好ましい。飽和磁化の
測定は、振動試料型磁化測定器（VSMP−1:東英工業製）
を用いて行なった。即ち、被検磁性体約1gを秤量し、外
部磁場を1KOe又は10KOe印加して、レコーダーに磁気ヒ
ステリシスを記録することにより磁化を測定した。

さらに本発明に用いられる一成分磁性トナーは、体積
固有抵抗が10¹⁰Ωcm以上、特に10¹²Ωcmであるのがトリ
ボ電荷および静電転写性の点で好ましくい。ここで用い
た体積固有抵抗とは、トナーを100kg/cm²の圧力で成型
し、これに100V/cmの電界を印加して、印加後１分を経
過した後の電流値から換算した値である。

このような一成分磁性トナーは、負帯電性シリカ微粒
子、結着樹脂、着色材料、負荷電制御剤および磁性微粒
子から構成される。

負帯電性微粒子としては、トリボ電荷量が−５μc/g
〜−300μc/g、一次平均粒子系が5mμ〜30mμであるシ
リカ微粒子が好ましい。

またこれらシリカ微粒子の適用量はトナー100重量部
に対して、0.05〜10重量部のときに効果を発揮し、特に
好ましくは0.1〜３重量部添加した際に優れた安定性を
有する負帯電性を示すトナーを提供することができる。
添加形態について好ましい態様を述べれば、トナー重量
に対して0.01〜１重量部の処理されたシリカ微粒子がト
ナー粒子表面に付着している状態にあるのが良い。

本発明においてトナーの結着樹脂としては、ポリスチ
レン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置
換体の単重合体；スチレン−ピロピレン共重合体、スチ
レン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフ
タレン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合
体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−
アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメ
チルアミノエチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メ
チル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合
体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン
−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレ
ン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニル
エチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケト
ン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン
−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合
体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体、などのス
チレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブ
チルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニ
ルブチラール、ポリアマイド、ポリアクリル酸樹脂、ロ
ジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂
肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、パ
ラフィンワックス、カルナバワックスなどが単独あるい
は混合して使用できる。

また本発明においては、トナーに添加し得る着色材料
としては、従来公知のカーボンブラック、銅フタロシア
ニン、鉄黒などが使用できる。

また、負荷電制御剤としては、２価以上の金属を含む
有機塩類、錯体類が好ましい。有効な金属種としてはA
l,Ba,Ca,Cd,Co,Cr,Fe,Hg,Mg,Mn,Ni,Pb,Sn,Sr,Zn等の多
価性のものが挙げられる。有機金属化合物としては、上
記金属のカルボン酸塩、アルコキシレート、有機金属錯
体、キレート化合物が有効で、その例としては、酢酸亜
鉛、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、酢酸アルミニ
ウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシ
ウム、ステアリン酸アルミニウム、アルミニウムイソプ
ロポキシド、アルミニウムアセチルアセトナート、鉄
（III）アセチルアセトナート、3,5−ジ−ｔ−ブチルス
テアリン酸クロム等があり、特にアセチルアセトン金属
錯体、サリチル酸系金属塩がしばしば負荷電制御剤とし
て用いられる。

本発明の負帯電性磁性トナーはトリボ電荷量が−５μ
c/g〜−20μc/gを有する必要がある。

本発明において、トナーに含有される磁性微粒子とし
ては、磁場の中に置かれて磁化される物質が用いられ、
鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属の粉末もしく
はマグネタイト、γ−Fe₂O₃、フェライトなどの合金や
化合物が使用できる。

好ましくは磁性酸化鉄粒子表面から中心部にかけてケ
イ素元素が徐々に増大しながら存在するものが良い。

磁性酸化鉄に含有されるケイ素元素の量は、鉄元素を
基準にして0.1〜1.5重量％であることが耐湿性の点から
好ましい。

本発明に用いられるトナーの製造に当っては、熱ロー
ル、ニーダー、エクストルーダー等の熱混練機によって
構成材料をよく混練した後、機械的な粉砕、分級によっ
て得る方法、あるいは結着樹脂溶液中に材料を分散した
後、噴霧乾燥することにより得る方法、あるいは結着樹
脂を構成すべき単量体に所定材料を混合して乳化懸濁液
とした後に重合させてトナーを得る重合法トナー製造法
等、それぞれの方法が応用できる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれらに限定されるものではない。なお、各例に
おける部は全て重量部である。

実施例１・スチレン/2−エチルヘキシルアクリレート／ジビニル
ベンゼン共重合体（共重合体比80/19.5/0.5,重量平均分
子量38万） 100部・3,5−ｔ−ブチルステアリン酸クロム２部・低分子量ポリプロピレン３部・磁性酸化鉄 70部〔比表面積:6.6m²/g（BET法）磁気特性：σ_s;80.4emu/
g,σ_r;12.8emu/g,Hc;120Oe〕上記材料をブレンダーでよく混合した後、PCM−30押
出し機（池貝鉄工製、二軸押出し機）にて170℃で溶融
混練した。混練物を冷却後、ハンマーミルで粗粉砕した
後、ジェット気流を用いた分砕機にて微粉砕し、更に風
力分級機を用いて分級して、体積平均径が11μｍ、σ_s;
32.0emu/g、トリボ電荷量＝−10μc/gの黒色粉体を得
た。

上記黒色粉体100重量部に、乾式法で合成されたシリ
カ微粒子（商品名：アエロジル^＃130、比表面積約130m²
/g,一時平均粒子径16mμ、トリボ電荷量は−100μc/g）
0.4部を添加混合して、負帯電性一成分磁性トナーを調
製した。

上記トナーを用いて第１図に示したような現像装置に
より静電潜像を現像した。

ここでトナー担持体として800Gの固定磁石を内包する
20mmのステンレス製円筒スリーブを用い、これを周速65
0mm/sで回転させ、静電像保持体表面−スリーブ表面距
離を0.25mmに設定し、スリーブに2000Hz、1300Vの交流
および＋200Vの直流バイアス電流を印加した。次いで、
コロナ放電器11を用いて転写紙12の背面からプラスのコ
ロナ放電により転写して、複写画像を得た。定着は市販
の複写機を用いて行なった。

得られた転写画像は濃度が1.45と充分高く、かぶり、
画像周辺のトナー飛び散りもなく、解像力の高い良好な
画像が得られた。

また、周知の白地部分より低電位にする領域指令を行
なっても、かぶりは全く生じず、指定部分を赤色トナー
により現像を行なっても高品位なコピー画像が得られ
た。

更に、上記トナーを用いて連続して耐久性を調べた
が、50000枚後の転写画像も初期の画像と比較して全く
遜色のない画像であった。また、環境条件を30℃、90％
RHとしたところ、画像濃度は1.40と常温常湿の場合とほ
とんど変りなく、かぶりや飛び散りもない鮮明な画像が
得られ、耐久性も50000枚までほとんど変化が見られな
かった。次に10℃、10％RHの低温低湿条件下において転
写画像を得たところ、画像濃度は1.40と高く、ベタ黒も
極めて滑らかに現像、転写され、飛び散りや中抜けのな
い優秀な画像であった。この環境条件で耐久を行なった
ところ、連続、および間欠でコピーしたが、やはり5000
0枚まで濃度変動は±0.2と実用上充分であった。

実施例２・スチレン/2−エチルヘキシルアクリレート／マレイン
酸／ジビニルベンゼン共重合体 100部（共重合体比70/20/8/2）・3,5−ｔ−ブチルステアリン酸クロム２部・磁性酸化鉄 65部〔比表面積:7.8m²/g（BET法）磁気特性：σ_s;87.4emu/
g,σ_r;12.1emu/g,Hc;142Oe〕上記材料をブレンダーでよく混合した後、PCM−30押
出し機（池貝鉄工製、二軸押出し機）にて170℃で溶融
混練した。混練物を冷却後、ハンマーミルで粗粉砕した
後、ジェット気流を用いた分砕機にて微粉砕し、更に風
力分級機を用いて分級して、体積平均径が11μｍ、σ_s;
34.0emu/g、トリボ電荷量＝−12.0μc/gの黒色粉体を得
た。

ここでトナー担持体は900Gの固定磁石を内包する20mm
のステンレス製円筒スリーブを用い、これを周速700mm/
sで回転させ、静電像保持体表面−スリーブ表面距離を
0.25mmに設定し、スリーブに2000Hz、1300Vの交流およ
び＋180Vの直流バイアス電流を印加した。次いで、コロ
ナ放電器11を用いて転写紙12の背面からプラスのコロナ
放電により転写して、複写画像を得た。定着は市販の複
写機を用いて行なった。

得られた転写画像は濃度が1.43と充分高く、かぶり、
画像周辺のトナー飛び散りもなく、解像力の高い良好な
画像が得られた。

更に、上記トナーを用いて連続して耐久性を調べた
が、50000枚後の転写画像も初期の画像と比較して全く
遜色のない画像であった。また、環境条件を30℃、90％
RHとしたところ、画像濃度は1.40と常温常湿の場合とほ
とんど変りなく、かぶりや飛び散りもない鮮明な画像が
得られ、耐久性も50000枚までほとんど変化が見られな
かった。次に10℃、10％RHの低温低湿条件下において転
写画像を得たところ、画像濃度は1.42と高く、ベタ黒も
極めて滑らかに現像、転写され、飛び散りや中抜けのな
い優秀な画像であった。この環境条件で耐久を行なった
ところ、連続、および間欠でコピーしたが、やはり5000
枚まで濃度変動は±0.2と実用上充分であった。

比較例１実施例１の磁性酸化鉄を55部にした以外は実施例１と
同様にしてトナーを製造した。得られたトナーはσ_s;2
7.0emu/gを有していた。

上記トナーを実施例１と同様にして複写画像を得たと
ころ、画像濃度は1.47と充分高いが、かぶりが多少生じ
ており、画像周辺のトナーの飛び散りがあり、特に、周
囲の白地部分より領域指定部分はかなりのかぶりを生じ
ていた。

比較例２実施例２の磁性酸化鉄を100部にした以外は実施例２
と同様にしてトナーを製造した。得られたトナーはσ_s;
44.0emu/gを有していた。

上記トナーを実施例２と同様にして複写画像を得たと
ころ、かぶりや飛び散りは生じていなかったが、画像濃
度は1.25と低いものであった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、トナー担持体上のトナーの有す
る静電荷量および飽和磁化（σ_ｒ）を精密に制御するこ
とにより、負帯電性一成分磁性トナーを使用する新規な
現像方法を提供することが可能となり、特に、負帯電性
トナーの逆導による反転カブリを生じさせない現像方法
を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の現像方法の実施に好適に用いられる装
置の１例を示す模式図である。１……静電像担持体２……光導電層３……導電性基体４……円筒状スリーブ５……ドクターブレード６……現像器７……一成分磁性トナー８……バイアス電源９……クリーナー 10……帯電器 11……コロナ放電器 12……転写紙

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】トリボ電荷量が−５〜−300μc/g、一次平
均粒子径が５〜30mμである負帯電性微粒子の0.05〜10
重量％を含有した飽和磁化30〜40emu/gの負帯電性一成
分磁性トナーを、750〜1000gaussの固定磁石を内包する
円筒状スリーブに周波数200〜4000Hz、ピーク・ピーク
値500〜3000Vの交流バイアス及び＋100〜＋300Vの直流
バイアスを印加し、スリーブ周速600mm/s以上で回転さ
せることにより非接触的に現像を行なうことを特徴とす
る現像方法。