JP2957036B2 - 現像剤用導電性磁性キャリア、現像剤および画像形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンター、デジタル
式複写機、ファクシミリ、複写機などに利用される、電
子写真方式を応用した画像形成方法、現像剤および現像
剤用キャリアに関する。

【０００２】

【従来の技術】カールソン方式に代表される電子写真方
式は現在広く用いられており、感光体の均一帯電→選択
露光による潜像の形成→現像剤によるトナー像の形成→
転写→定着を基本プロセスとする。

【０００３】一方、背面露光記録方式を採用した非カー
ルソン方式の画像形成方法についても近年各種の報告が
なされており、装置の小型化、プロセスの簡略化が可能
であるとされている（画像電子学会誌，１６，（５），
３０６，（１９８７）、特開昭６１−１４９９６８号公
報、同６３−１００７１号公報、同６３−２１４７８１
号公報）。

【０００４】背面露光記録方式は、感光体の表面側に現
像剤を供給して現像剤溜りを形成し、この現像剤溜りで
クリーニング、感光体の均一帯電−背面画像露光−同時
現像を行なうものであり、クリーニング、帯電、画像
（信号）露光および現像を同時に行なうことができる。

【０００５】しかしながら、比較的短い現像剤溜り（帯
電／露光／現像ゾーン）で、現像に必要な帯電量を現像
剤を介して感光体に注入し、しかも、現像してシャープ
で安定したトナー像を得ることが必要であるため、各機
能素材やシステム上の要請が厳しく、実現化には困難な
問題が多い。

【０００６】また、現像剤を介して電荷を注入するため
に、一成分現像剤にあっては、トナーに導電性が要求さ
れ、導電性磁性トナーが要求される。そのため、コロナ
転写方式やバイアスローラ転写方式などの静電転写方式
を用いて普通紙転写を行なうことができず、高抵抗紙の
使用が必要となる。

【０００７】特公昭６０−５９５９２号公報には、背面
画像露光により普通紙に多色の記録画像を得る方法が記
載されているが、光半導体層上に絶縁体層を積層した感
光体を用いるため、繰返し使用が困難になる。この対策
として、転写電界を利用して電荷像を消去するとしてい
るが、安定して良好な画像を得ることは実用上問題が多
く困難である。

【０００８】絶縁性トナーを用いる方法としては、１０
⁴〜１０⁸Ω・ｃｍの鉄粉キャリアと絶縁性磁性トナーと
からなる二成分現像剤を用い、帯電用バイアス電極と現
像用バイアス電極の２つの対向電極を設け、背面画像露
光−同時現像を行ない、画像形成することが報告されて
いる（電子写真学会誌、Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．３，ｐ４
４２，１９８８、特開昭６１−４６９６１号公報）。

【０００９】しかしこのシステムを実機に搭載しようと
すると、実際上の制御が難しく、安定して鮮明な画像を
得ることができず、また、装置の構成も複雑である。こ
のような磁性粉体キャリアとしては、 鉄粉（密度：
７．８ｇ／ｃｍ³）の他に、マグネタイト（密度：５．
２ｇ／ｃｍ³）、 フェライト（密度：５．６ｇ／ｃ
ｍ³）などが知られているが、いずれも密度が大きすぎ
て、 十分なトナー濃度（トナー／キャリア、Ｔ／Ｃ）
を得ることができない。

【００１０】一方、バインダー樹脂中に磁性体を分散し
た磁性樹脂キャリアも知られている。磁性樹脂キャリア
は、Ｔ／Ｃを大きくできること、ソフトな画像が得られ
ることなどの点で実用的に優れている。しかし、磁性樹
脂キャリアにおいて、Ｔ／Ｃを大きくすべくキャリア粒
度を小さくすると、キャリアがトナーと共に感光体ドラ
ムに付着して現像される、いわゆる“キャリア引き”が
発生するため、トナー濃度を大きくできるという磁性樹
脂キャリアの利点を十分に生かすことができない。

【００１１】なお、磁性樹脂キャリアを用いた現像剤に
より画像形成することについては、絶縁性非磁性トナー
と組み合わせた現像剤（特開昭５３−３３１５２号公
報、同５５−４１４５０号公報）、絶縁性磁性トナーと
組み合わせた現像剤（特開昭５３−３３１５２号公報、
同５３−３３６３３号公報、同５３−３５５４６号公
報）などが報告されている。しかしこれらは、いずれも
キャリアが絶縁性であり、また、通常のカールソンプロ
セスにより現像を行なっている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、“キャリア
引き”を防止してトナー濃度を高め、しかも、高い導電
性と大きな磁力との両者を付与することが可能なキャリ
アおよびこれを配合した現像剤を提供するものである。

【００１３】本発明は、電荷注入やトナーによる現像が
良好に実施でき、しかも転写特性に優れた背面露光方式
の新たな画像形成方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の現像剤用導電性
磁性キャリアは、バインダー樹脂に磁性体を含有せしめ
た母粒子の表面に導電層を形成した樹脂キャリアであっ
て、１キロエールステッド（１ＫＯｅ）の磁場での最大
磁化を σ₁（ｅｍｕ／ｇ）、キャリア密度（真密度）を
ｍ（ｇ／ｃｍ³）としたとき、 σ₁が４０ｅｍｕ／ｇ以
上で、かつ、σ₁／ｍが１３以上であることを特徴とす
る。

【００１５】本発明の現像剤は、上記キャリアと絶縁性
のトナーとを混合してなることを特徴とする。

【００１６】本発明の画像形成方法は、透光性支持体上
に少なくとも透光性導電層と光導電層を順次設けた感光
体と、バインダー樹脂に磁性体を含有せしめた母粒子の
表面に導電層を形成した樹脂キャリアであって、１ＫＯ
ｅの磁場での最大磁化をσ₁（ｅｍｕ／ｇ）、 密度をｍ
（ｇ／ｃｍ³）としたとき、σ₁が４０ｅｍｕ／ｇ以上
で、かつ、 σ₁／ｍが１３以上であるキャリアと、絶縁
性トナーとからなる現像剤と、前記感光体の光導電層側
に配設され、前記現像剤を感光体表面に供給する現像手
段と、前記感光体の透光性導電層と前記現像手段との間
に電圧を印加する手段と、前記感光体の透光性支持体側
に前記現像手段と対向するように配設された露光手段と
を用い、前記感光体表面に前記現像剤を接触させ、前記
透光性導電層と前記現像手段との間に電圧を印加しつ
つ、選択された光を前記透光性支持体側から前記現像手
段との対向部位近傍の前記光導電層に照射し、前記感光
体上に、該光照射に対応するトナー像を形成することを
特徴とする。

【００１７】

【実施例】図１は本発明のキャリアの実施例を示す模式
図であり、磁性体粒子１５がバインダー樹脂中に均一に
分散されてなるキャリア母粒子１３の表面に、導電性微
粒子１７が固定されて導電層を形成し、キャリア１１
（樹脂キャリア）が構成されている。なお、本発明で導
電層とは、必ずしもキャリア母粒子１３を一様に被覆す
る連続層である必要はなく、キャリア母粒子の１３の表
面に少なくと導電部が形成され、キャリアに必要な導電
性が付与されるものであれば非連続的な層でもよい。し
たがって、例えば、導電性微粒子１７がキャリア母粒子
１３の表面を完全に連続して被覆する必要はなく、図１
に示すように、一部未被覆部が存在してもよい。また、
磁性体微粒子１５が、キャリア母粒子１３の表面から、
その一部を突出している部分もある。

【００１８】キャリア母粒子１３に用いられるバインダ
ー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニ
ル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリ
オレフィン系樹脂などが用いられる。

【００１９】磁性体粒子１５としては、マグネタイト、
ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属
（Ｍｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ等）を一種または二種以上含
有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマ
グネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有す
る鉄や合金の粒子を用いることができる。その形状は、
粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化
を要する場合には、鉄等の強磁性微粒子を用いることが
できる。また、化学的な安定性を考慮すると、マグネタ
イト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウ
ムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの
強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の
種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化
を有するキャリア母粒子１３を得ることができる。磁性
体微粒子１５はキャリア母粒子１３中の７０〜９０重量
％を占める量で添加することが適当である。

【００２０】導電性微粒子１７としては、カーボンブラ
ック、酸化スズ、導電性酸化チタン（酸化チタンに導電
性材料をコーティングしたもの）、炭化ケイ素などが用
いられ、空気中の酸素による酸化によって導電性を失な
わないものが望ましい。導電性微粒子１７の平均粒径は
０．５μｍ以下が好ましく、より好ましくは０．０１〜
０．２μｍである。

【００２１】キャリア母粒子１３の表面への導電性微粒
子１７の固着は、例えば、キャリア母粒子１３と導電性
微粒子１７とを均一混合し、キャリア母粒子１３の表面
に導電性微粒子１７を付着させた後、機械的・熱的な衝
撃力を与え導電性微粒子１７をキャリア母粒子１３中に
打ち込むようにして固定することにより行なわれる。導
電性微粒子１７は、キャリア母粒子１３中に完全に埋設
されるのではなく、その一部をキャリア母粒子１３から
突き出すようにして固定される。

【００２２】このようにキャリア１１の表面に導電性微
粒子１７を固定して導電層を形成することにより、効率
的にキャリア１１に高い導電性を付与できる。また、キ
ャリア母粒子１３中には導電性微粒子１７を配合する必
要がないので、それだけ多くの磁性体粒子１５をキャリ
ア母粒子１３中に配合でき、キャリア１１の磁力を大き
くすることができる。

【００２３】図２は、本発明のキャリアの他の実施例を
示す模式図であり、磁性体粒子１５がバインダー樹脂中
に均一に分散されてなる図１と同様のキャリア母粒子１
３の表面に、導電性薄膜１８が形成されて導電層を形成
し、キャリア１１が構成されている。

【００２４】導電性薄膜１８は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ
−Ｔｉｎ−Ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム、酸化ス
ズ、、アルミニウム、ニッケル、クロム、金などの薄膜
を、ＣＶＤ法、蒸着法、スパッタリング法等の薄膜形成
法により形成すればよい。

【００２５】キャリア１１は、体積固有抵抗が１０⁵Ω・
ｃｍ以下であることが適当であり、好ましくは１０⁴Ω・
ｃｍ以下、より好ましくは１０²〜１０⁴Ω・ｃｍであ
る。体積固有抵抗が余り大きくなると、導電性キャリア
としての特性が損なわれ、例えば、背面露光方式に用い
た場合は、電荷の注入が速やかに行なわれず、感光体の
帯電が不十分となる。キャリア１１の導電性は、主とし
て導電層によって付与される。

【００２６】なお、キャリア１１の体積固有抵抗は、底
部に電極を有する内径２０ｍｍのテフロン製筒体にキャ
リア１１を１．５ｇ入れ、外径２０ｍｍφの電極を挿入
し、上部から１ｋｇの荷重を掛けて測定した時の値であ
る。

【００２７】現像剤において、一定粒度（平均粒径１１
μｍ）および密度（１．１）を有するトナーについて、
トナーがキャリアに一層付着できる限界量（限界トナー
濃度）を算出することができる。このときキャリアの粒
径を小さくし、キャリアの密度を軽くすると、限界トナ
ー濃度を高くできる、すなわち、現像剤としてのトナー
濃度（Ｔ／Ｃ）を高めることができるが、一方において
“キャリア引き”の問題が発生しやすい。

【００２８】そこで本発明では、１キロエールステッド
（１ＫＯｅ）でのキャリアの最大磁化とキャリア密度を
規定することにより、“キャリア引き”を防止しつつ、
トナー濃度を高めた。すなわち、１ＫＯｅでの最大磁化
σ₁を４０ｅｍｕ／ｇ以上、好ましくは４５〜６０ｅｍ
ｕ／ｇとし、かつ、 最大磁化σ₁とキャリア密度ｍ（ｇ
／ｃｍ³）の比σ₁／ｍを１３以上、好ましくは１４以上
とする。 σ₁／ｍの値が大きいほど、単位密度当たりの
磁力が強いことを示す。

【００２９】磁力の測定は、振動式磁力計(ＶＳＭ) に
１ＫＯｅの磁場を与えて最大磁化σ₁を測定できる。ま
た、キャリア密度の測定は、比重ビン等により測定でき
るが、理論的に算出することも可能である。

【００３０】キャリア１１の平均粒度は、５〜１００μ
ｍが好適であり、好ましくは５〜５０μｍ、より好まし
くは１０〜４０μｍである。キャリア１１が余り大きく
なると感光体を均一に帯電させることが困難となり、ト
ナー濃度Ｔ／Ｃを大きくすることができなくなる。一
方、余り小さすぎると、“キャリア引き”が発生しやす
く、現像スリーブ上の現像剤の搬送性が悪くなり、ま
た、一定の電位を感光体に付与するのが難しくなる。

【００３１】上記のキャリアとトナーとを混合して現像
剤とする。トナーとしては通常の絶縁性トナーが用いら
れ、好ましくは体積固有抵抗が１０¹⁴Ω・ｃｍ以上のも
のであり、好ましくは１０¹⁵Ω・ｃｍ以上である。この
値は、キャリアの場合と同様に測定される。

【００３２】トナーとしては、従来と同様の構成のもの
が用いられ、例えば、バインダー樹脂、着色剤、電荷制
御剤、オフセット防止剤などを配合することができる。
また、磁性体を添加して磁性トナーとすることもでき、
トナーの機内飛散の防止に有効である。バインダー樹脂
としては、スチレン・アクリル共重合物等のポリスチレ
ン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹
脂などが用いられる。

【００３３】着色剤としてはカーボンブラックをはじめ
各種の顔料、染料が；荷電制御剤としては第４級アンモ
ニウム化合物、ニグロシン、ニグロシン塩基、クリスタ
ルバイオレット、トリフェニルメタン化合物等が；オフ
セット防止剤、定着向上助剤としては低分子量ポリプロ
ピレン、低分子ポリエチレンあるいはその変性物等のオ
レフィンワックス；磁性体としてはマグネタイト、フェ
ライトなどが使用できる。

【００３４】本発明の現像剤では、キャリアとトナーの
平均粒径の比（キャリア）／（トナー）を、１〜５とす
ることが好適であり、好ましくは１〜３である。キャリ
アに比べてトナーが著しく小さくなると、一定トナー濃
度の場合にトナーによって覆われるキャリアの表面積が
増加し、現像剤のトナー濃度を上げることができず、そ
の結果、本発明の画像形成方法に適用した場合に条件に
よっては画像濃度が低下する場合がある。なお、トナー
の平均粒径は一般に２０μｍ以下が好ましく、より好ま
しくは１５μｍ以下である。

【００３５】また、図１に示したキャリア１１と同様
に、トナー母粒子の表面に帯電性微粒子を固着せしめて
トナーとすることにより、トナーの帯電特性を制御する
こともできる。

【００３６】現像剤としての体積固有抵抗値は １０⁶Ω
・ｃｍ以下が好適であり、好ましくは １０⁵Ω・ｃｍ以
下、より好ましくは１０³〜１０⁵Ω・ｃｍである。この
値は、キャリアと同様にして測定される。抵抗が大きく
なりすぎると、感光体の帯電が不十分となる。

【００３７】また、現像剤のトナー濃度（トナー／キャ
リア、すなわちＴ／Ｃ）は、１０重量％以上が好適であ
り、好ましくは２０重量％以上、より好ましくは２０〜
５０重量％である。本発明のキャリアを用いることによ
り、上述のようにトナー濃度を十分高く設定することが
できる。トナー濃度が低すぎると、本発明の画像記録方
式に適用した場合に十分な画像濃度が得られなくなる。
一方、トナー濃度が高すぎると、感光体の帯電が不十分
となる。なお、本発明の画像形成方法では、トナー濃度
Ｔ／Ｃの広い範囲でほぼ同様な画像濃度が得られるの
で、トナー濃度の制御を実質上不要または大幅に簡略化
することができる。

【００３８】図３は、本発明の画像形成方法の実施例を
示す説明図である。ガラスなどの透光性を有する中空円
筒状の透光性支持体２３の上に透光性導電層２５および
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の感光層２７が形
成されて、ドラム状の感光体２１が構成されている。ま
た、ドラム状の感光体２１に代えて、ベルト（シート）
状感光体を用いてもよい。

【００３９】感光層２７としては、ａ−Ｓｉ層の他に、
Ｓｅ合金層、有機感光層などいずれもが採用できるが、
感度が高く電荷担体の移動度が大きいものが望ましい。
このような感光層としては、例えば、ａ−Ｓｉ系感光層
があり、特に透光性支持体２３上に少なくとも透光性導
電層、ａ−Ｓｉ系光導電層およびキャリア注入阻止表面
層を順次設けたものが好ましい。

【００４０】図４は、このようなａ−Ｓｉ系の感光体２
１の層構成の詳細を示す説明断面図であり、支持体側キ
ャリア注入阻止層２６、ａ−Ｓｉ系光導電層２９および
キャリア注入阻止表面層２８が積層されて感光層２７が
形成され、この感光層２７が透光性導電層２５上に形成
されて感光体２１を構成している。

【００４１】支持体側キャリア注入阻止層２６は、感光
体２１表面が現像バイアス電圧を印加された現像剤７１
と接触した際に、透光性導電層２５からａ−Ｓｉ系光導
電層２９への現像バイアスと逆極性のキャリアの注入を
阻止することにより、画像ノイズを除き、露光部と非露
光部との静電コントラストを高めて画像品質を向上させ
ると共に、現像におけるバックグラウンドのカブリを低
減する。

【００４２】支持体側キャリア注入阻止層２６には、透
光性導電層２５からのキャリアの注入を阻止する電気的
な特性と共に、透光性支持体２３側からの画像露光の光
を吸収しないように透光性が高く（光学的バンドギャッ
プが大きい、または光透過率が高い）、さらに透光性導
電層２５やａ−Ｓｉ系光導電層２９との密着性が良く、
ａ−Ｓｉ系光導電層２９の形成時の加熱等にも大きな変
質を起こさないといった特性が必要である。

【００４３】支持体側キャリア注入阻止層２６として
は、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ
ｘ）、アモルファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ
ｘ）、アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ
ｘ）、ａ−ＳｉＣ・Ｏ、ａ−ＳｉＣ・Ｎ、ａ−ＳｉＯ・
Ｎ、ａ−ＳｉＣ・Ｏ・Ｎ等のａ−Ｓｉ系層や、ポリエチ
レンテレフタレートやパリレン、ポリ四フッ化エチレ
ン、ポリイミド、ポリフッ化エチレンプロピレン、ウレ
タン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、酢酸セルロース樹脂、その他の有機材料
層等を用いると良い。ａ−Ｓｉ系層においては、Ｃ、
Ｎ、Ｏ等の含有量を層厚方向に変化させたものも用いる
ことができる。

【００４４】また、支持体側キャリア注入阻止層２６と
して、ａ−Ｓｉ系のｐ型またはｎ型半導体層を用いるこ
とができる。この場合、ａ−Ｓｉ系光導電層２９に比べ
て光学的バンドギャップを大きくするために、或いはさ
らに密着性を高めるために、Ｃ、Ｏ、Ｎ等の元素を含有
させ、更に透光性導電層２５からのキャリアの注入を阻
止するために不純物元素を含有させる。

【００４５】即ち、負電荷キャリアの注入を阻止するた
めには、周期律表第ＩＩＩａ族元素(以下、周期律表第
ＩＩＩａ族元素をＩＩＩａ族元素と略す)を１〜１０，
０００ｐｐｍ、好適には１００〜５，０００ｐｐｍ含有
させると良く、一方、正電荷キャリアの注入を阻止する
ためには、周期律表第Ｖａ族元素（以下、周期律表第Ｖ
ａ族元素をＶａ族元素と略す）を５,０００ｐｐｍ以
下、好適には３００〜３,０００ｐｐｍ含有させると良
い。そして、これらの元素は層厚方向に亘って勾配を設
けても良く、その場合には層全体の平均含有量が上記範
囲内であれば良い。

【００４６】このように支持体側キャリア注入阻止層２
６にＩＩＩａ族元素を含有した場合は、正極性の現像バ
イアスが用いられ、他方、Ｖａ族元素を含有した場合
は、負極性の現像バイアスが用いられる。

【００４７】ここで、ＩＩＩａ族元素やＶａ族元素とし
ては、それぞれＢ元素やＰ元素がＳｉとの共有結合性に
優れて半導体特性を敏感に変え得る点で、その上優れた
注入阻止能力が得られるという点で望ましい。

【００４８】支持体側キャリア注入阻止層２６の厚み
は、０．０５〜５μｍ、好適には０．１〜３μｍの範囲
内が良く、これにより良好な注入阻止能が確保し易く、
また支持体側キャリア注入阻止層２６での露光の不必要
な吸収を抑制してａ−Ｓｉ系光導電層２９において光キ
ャリアを有効に生成でき、しかも、残留電位の上昇を抑
制することができる。

【００４９】ａ−Ｓｉ系光導電層２９は、例えばグロー
放電分解法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、蒸着法など
により形成し、その形成に当たってダングリングボンド
終端用に水素（Ｈ）やハロゲン元素を１〜４０原子％含
有させる。また、ａ−Ｓｉ系光導電層２９の暗導電率や
光導電率などの電気的特性、光学的バンドギャップなど
について所望の特性を得るために、ＩＩＩａ族元素やＶ
ａ族元素を含有させたり、Ｃ、Ｎ、Ｏ等の元素を含有さ
せると良い。なかんずく、ａ−ＳｉＣを光導電層２９に
用いる場合には、化１

【００５０】

【化１】 のｘ値を０＜ｘ≦０．５、好適には０．０５≦ｘ≦０．
４５の範囲に設定すると良く、この範囲であれば、ａ−
Ｓｉ層よりも高抵抗となり、かつ良好なキャリアの走行
が確保できるという点で望ましい。ＩＩＩａ族元素やＶ
ａ族元素としては、それぞれＢ元素やＰ元素がＳｉとの
共有結合性に優れて半導体特性を敏感に変え得る点で、
その上優れた光感度特性が得られるという点で望まし
い。

【００５１】さらに、ａ−Ｓｉ系光導電層２９の中を、
光キャリア発生の機能を高めた光励起層領域と、キャリ
ア輸送の機能を持たせたキャリア輸送層領域とを積層し
たものとすると、光感度と静電コントラスト、耐電圧等
を共に高めることができる。

【００５２】この際、光励起層領域は、光キャリアの生
成を高めるため、成膜時の条件において、（１）低成膜
速度で成膜する、（２）Ｈ₂ やＨｅでの希釈率を高め
る、（３）ドープする元素を輸送層領域よりも多く含有
させる、等すると良い。

【００５３】また、キャリア輸送層領域は、主に感光体
２１の耐電圧を高めると共に、励起層領域から注入され
たキャリアを感光体２１表面へスムーズに走行させる役
割を持つが、この層領域においても光励起層領域を透過
してきた光によりキャリア生成が行なわれ、感光体２１
の光感度に寄与する。

【００５４】また、ａ−Ｓｉ系光導電層２９の中を、光
励起層領域と輸送層領域とを積層したものとした場合に
は、光励起層領域の厚みを画像露光の波長の光に対する
この層領域の吸収係数から求められる光吸収層の厚みに
ほぼ等しく設定すると良い。

【００５５】キャリア注入阻止表面層２８は、有機材料
もしくは無機材料のいずれによっても形成することがで
きる。

【００５６】キャリア注入阻止表面層２８に用いられる
無機材料としては、例えばａ−ＳｉＣが好適であり、そ
の他にａ−ＳｉＮ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＣ・Ｏ、ａ−
ＳｉＮ・Ｏなどがあり、それを薄膜形成手段により形成
する。キャリア注入阻止表面層２８にａ−ＳｉＣ層を用
いた場合には、化２

【００５７】

【化２】 のｘ値で０．３＜ｘ＜１．０、好適には０．５≦ｘ≦
０．９５、さらに好ましくは０．６≦ｘ≦０．９５の範
囲がよい。

【００５８】キャリア注入阻止表面層２８の厚みは０．
０５〜５μｍ、好適には０．１〜３μｍ、さらに好まし
くは０．１〜２μｍにすればよい。

【００５９】この厚みが０．０５μｍ未満の場合には、
表面層２８で十分な画像濃度の向上や絶縁耐圧の向上が
できず、また、繰り返し使用した場合、磨耗により寿命
も劣る。５μｍを越えた場合には精細な電荷パターンを
形成するに当たって、表面層２８中で電界（電気力線）
が膜面方向に広がりを生じ、これにより解像力の低下を
きたし十分な解像度が得られず、また、表面に残留する
電荷が多くなって残留電位が高くなるため、画像濃度の
低下やバックのかぶり或いは繰り返し使用における画像
濃度の変化や残像の発生等の問題が生じる。

【００６０】かくして得られる感光層２７の全体の膜厚
は、上記各層の設定にもよるが、露光光源としてＬＥＤ
やＥＬを用いた場合には、約１〜２０μｍが好適であ
り、好ましくは１〜１５μｍ、さらに好ましくは３〜１
０μｍである。この範囲内に膜厚を設定することによ
り、露光が十分に吸収されて良好な光感度を示すと共
に、感光体としての耐圧も確保でき、低いバイアス電圧
でも良好な画像が得られる。

【００６１】透光性支持体２３の内側、すなわち感光体
２１の背面側には、現像ユニット３１と対向するように
して露光手段（画像信号露光装置）としてのＬＥＤアレ
イ４１が配置されており、集光素子４３（セルフォック
レンズ）を介して背面露光がなされる。また、露光手段
として、ＬＥＤアレイに代えて、ＥＬ発光素子アレイ、
プラズマ発光素子アレイ、蛍光体ドットアレイ、光源と
液晶やＰＬＺＴを組合せたシャッタアレイ、光ファイバ
ーアレイなどを用いることもできる。

【００６２】感光体２１の周囲には現像ユニット３１、
転写ユニット５１および定着ユニット６１が設けられて
いる。図５は、感光体２１と現像ユニット３１の対向部
近傍を示す部分図であり、図示の便宜上、図３に対して
一部を詳細に、一部を簡略化して示してある。

【００６３】現像ユニット３１は、感光体２１の感光層
２７側に配設され、現像剤７１を感光体２１の表面に供
給する。現像ユニット３１の導電性スリーブ３５には、
感光体２１の透光性導電層２５と現像ユニット３１との
間に電圧を印加する現像バイアス電源３９が接続されて
いる。現像ユニット３１は、いくつかの磁極（Ｎ，Ｓ
極）を有するマグローラ３３を導電性のスリーブ３５が
内包してなり、現像剤７１の層厚を規制するドクターブ
レード３７が設けられている。本実施例では、感光体２
１およびスリーブ３５をそれぞれ矢印ＰおよびＳ方向に
回転して現像剤７１を感光体２１の表面に搬送、供給し
ている。なお、マグローラ３３は、固定でも、回転させ
てもよい。

【００６４】このように、現像剤７１を感光体２１と逆
方向に回転させると、現像ユニット３１（スリーブ３
５）と感光体２１の最近接部位（図５中のＡ部）より
も、感光体２１の回転方向で下流側（現像剤７１から離
れる側）に、現像剤溜り７３が生じる。現像剤７１の本
来の高さよりもはみ出した部分が現像剤溜り７３であ
り、現像剤７１の搬送速度や現像剤７１の高さ、スリー
ブ３５と感光体２１の表面とのギャップ等は、感光体２
１の回転速度や必要とする現像剤溜り７３の大きさに応
じて適宜設定する。

【００６５】感光体２１と現像剤７１とを逆方向に回転
させると、現像ユニット３１と感光体２１との最近接部
位よりも下流側に現像剤溜り７３が発生し、現像剤７１
を感光体２１と同方向に回転させ、現像剤７１の周速を
感光体２１の周速よりも大きくする場合よりも、安定で
再現性が高い。従って、現像剤溜り７３を安定して再現
性良く得るためには、感光体２１と現像剤７１とを逆方
向に回転させることが好ましい。

【００６６】現像剤７１は、導電性表面層を有する磁性
の樹脂キャリアと絶縁性トナーとからなり、このキャリ
アとしては前述の如き、バインダー樹脂に磁性体を含有
せしめた母粒子の表面に導電層を形成したキャリアが好
ましい。トナー、キャリア、現像剤の好ましい特性は前
述の通りである。

【００６７】導電性かつ磁性のキャリア１１が磁気ブラ
シを形成しており、これにトナーが付着している。トナ
ーが磁性トナーの場合は主として磁力により、また、非
磁性トナーの場合には帯電により、キャリア１１に付着
している。

【００６８】画像形成に際しては、スリーブ３５により
現像剤７１を現像剤溜り７３に搬送し、現像バイアス電
源３９から導電性のスリーブ３５に正の現像バイアス電
圧を印加する。なお、この実施例では正帯電性のトナー
を使用しているが、トナーの帯電性およびバイアス電圧
の正負は、感光体の特性によって決定する。感光層２７
が現像剤７１と接触したときから、現像剤７１のキャリ
ア１１から成る磁気ブラシを介して、現像バイアス電源
３９により感光体２１に電荷が注入され、前回の画像形
成時における残留電荷のイレースおよび感光体の帯電が
行なわれる。また同時に、転写ユニット５１で転写され
ず感光体２１に付着残存した残存トナーが、磁気ブラシ
によりクリーニングされる。

【００６９】感光体２１の透光性支持体２３側に現像ユ
ニット３１と対向するように配設されたＬＥＤアレイ４
１（露光手段）により、現像ユニット３１と感光体２１
の対向部位近傍に画像信号が光照射される。

【００７０】ＬＥＤアレイ４１により選択的に画像信号
露光がなされると、露光部の感光層２７の電位が急速に
低下し電位差ができる。この時、トナーは、この電位差
により、磁気ブラシからの磁力あるいは静電気力をふり
きり、感光層２７上に付着する。ついで、感光層２７と
現像剤溜り７３の現像剤層が離れると、現像された上記
のトナーは乱れずにそのまま感光層２７上に残り、感光
体２１の表面にトナー像７５が形成される。この現像工
程においても、上記と同様に磁性キャリア１１により安
定した磁気ブラシが形成されているので、現像剤溜り７
３が一定し、シャープで安定した画像が得られる。

【００７１】ＬＥＤアレイ４１により画像露光を行なう
位置は、感光体２１の表面と現像スリーブ３５との最近
接位置Ａではなく、感光体２１の回転方向で下流側に形
成された現像剤溜り７３の位置が好ましく、現像剤溜り
７３の中でも下流側の後半部すなわち、現像剤７１と感
光体２１とが離れる位置Ｂの近傍とすることがより好ま
しい。

【００７２】現像剤溜り７３の位置で露光を行なうこと
により、露光までの間に感光体２１への現像バイアス電
圧の印加が十分に安定し、感光体２１の履歴の影響が抑
えられるように均一帯電すると共に、感光体２１の表面
の残留トナーや画像背景部のトナーの回収が十分に行な
われる。さらに、感光体２１への現像バイアス電圧の印
加が十分に安定してから露光を行なって光キャリアを発
生させるので、良好なトナー像７５が形成される。そし
て、トナー像７５の形成後は感光体２１が現像剤溜り７
３から速やかに離れるため、感光体２１の表面のトナー
像７５が現像剤７１との衝突や摩擦等のような機械的な
力により乱されることがなく、良好な解像度のトナー像
７５が得られる。

【００７３】また、現像剤溜り７３の位置では、感光体
２１の表面と現像スリーブ３５とが最も近接する位置Ａ
よりも、感光体２１の表面とマグローラ３３の距離が大
きくなる。このため、現像剤７１をマグローラ３３の側
に吸引する磁力は弱くなり、感光体２１の表面に形成さ
れたトナー像７５の一部が磁力によって現像ユニット３
１の側に回収されて画像濃度が低下したり、磁力により
乱されて解像度が低下したりすることを防止できる。

【００７４】この帯電、同時露光現像における、現像バ
イアス電圧は、２５０Ｖ以下の低バイアスとすることが
望ましく、より好ましくは１０〜２００Ｖ、さらに好ま
しくは３０〜１５０Ｖである。バイアス電圧が余り低す
ぎると、帯電および現像が十分に行なわれない。一方、
バイアス電圧が高すぎると、キャリア１１までが現像さ
れ、これは特にキャリア１１の粒径が小さい場合に著し
い。前述のようなａ−Ｓｉ系感光体は、このような低バ
イアス現像に好適である。

【００７５】また、現像剤溜り７３で、感光体２１の表
面に流れ込んでくる電流を測定することにより、現像剤
７１の動的な抵抗を測定することができる。本発明で
は、この動的な抵抗が１０⁷Ω以下であることが好まし
く、より好ましくは１０⁶Ω以下、さらに好ましくは１
０⁴〜１０⁶Ωである。

【００７６】感光体２１上のトナー像７５は、転写ユニ
ット５１で、転写バイアス電源５５により負のバイアス
電圧が印加された転写ローラ５３により、紙８１（被転
写部材）に転写される。本発明では、トナーが絶縁性で
あるので、普通紙を用いた場合にも、高い転写効率で安
定して転写できる。ついで、転写トナーは、定着ユニッ
ト６１で、定着ローラ６３（加熱ローラ）により紙８１
に定着される。６５は圧力ローラを示す。転写後の感光
体２１上の残存トナーは、現像ユニット３１との対向位
置で感光体２１が現像剤７１と接触した際にキャリア１
１の磁気ブラシによって除去され、別途クリーニング部
材を設ける必要がない。もちろん、現像ユニット３１の
前段に別途クリーニングユニットを設けてもよい。

【００７７】また、転写ユニット５３と現像ユニット３
１の間で感光層２７に残留した電荷を消失させるために
除電手段（例えば、除電光源）を設けることもできる。
図６は、本発明の画像形成方法の他の実施例を示す、図
５に対応する部分説明図である。この実施例は、現像ユ
ニット３１に制御電極３２およびそれに付随する部材を
設けた以外は、図３〜５に示した実施例と同様である。

【００７８】現像バイアス電源３９とは別個に電圧制御
可能な制御電極３２は、感光体２１と現像ユニット３１
の対向部近傍に設けられるが、図示の如く、ＬＥＤ光の
露光位置よりも感光体２１における上流側に設けられる
ことが好ましく、図６ではスリーブ３５上で感光体２１
との最近接部Ａに設けられている。制御電極３２は絶縁
体３４でスリーブ３５に対して絶縁されており、制御電
極用電源３６（電圧印加手段）により、現像バイアス電
源３９とは独立して電圧が印加される。制御電極３２お
よび絶縁体３４は、スリーブ３５には取り付けられてお
らず、固定されており、スリーブ３５および感光体２１
の回転にかかわらず、常に最近接位置Ａに位置する。ま
た、制御電極３２は、感光体２１や現像剤７１に均一な
電界を印加できるように、スリーブ３５の長さ方向（軸
線方向）に沿って帯状とする。

【００７９】制御電極３２の電位は、制御電極用電源３
６により、スリーブ３５の電位とは独立して所定の電位
に調整する。例えば制御電極３２を接地し、透光性導電
層２５と共通電位にする。あるいは、スリーブ３５の電
位に対して、その電位を低くもしくは高く設定する。

【００８０】このように、スリーブ３５とは独立に電位
を印加できる制御電極３２を設けると、表面の電位を揃
え、以前の画像形成プロセスによる感光体２１の履歴の
影響を打ち消すことができ、この結果、繰り返し使用
時、例えば１枚の画像を得るために感光体２１を数回転
させる場合等に、安定した現像状態と記録画像とが得ら
れる。

【００８１】ここで制御電極３２の電位を調整すると、
画像濃度や地カブリ等に対する最適画像形成条件を調整
し得る。また、現在のところそのメカニズムが明らかで
はないが、本発明者等の画像評価実験においては、制御
電極３２の電位を高くし、スリーブ３５の電位を低くす
ることにより、非露光部にトナーが付着し、露光部には
トナーが付着しない、いわゆる反転現像も可能となっ
た。

【００８２】なお以上の説明では、本発明のキャリアお
よび現像剤を、背面露光記録方式に利用することを中心
にして説明したが、本発明のキャリアはこれに限定され
ず、現像剤に高い導電性と磁性が要求される他の画像形
成方法にも利用することができる。また、本発明の現像
剤も同様に他の画像形成方法に利用できる。

【００８３】

【発明の効果】本発明によれば、キャリアに大きな導電
性と強い磁性とを付与でき、しかも、“キャリア引き”
を防止してトナー濃度を十分に高く設定できるので、良
好な画像を形成することができる。このキャリアと絶縁
性トナーとを組み合わせることにより、現像剤としては
導電性を有し、しかも、絶縁性のトナー像を形成するこ
とができ、このトナー像は静電転写方式により容易に普
通紙転写が可能である。

【００８４】また、本発明の画像形成方法によれば、表
面導電層を有する磁性の樹脂のキャリアと絶縁性のトナ
ーを用いて均一帯電および安定な現像が可能となり、静
電転写により高い画像濃度で安定して画像を形成するこ
とができる。

【００８５】実験例１ スチレン／アクリル酸ｎ−ブチル共重合体（共重合比80／20） 20重量部 マグネタイト（１ＫＯｅでの最大磁化＝７０ｅｍｕ／ｇ） 80重量部

【００８６】上記混合物を混練後、ジェットミルで粉砕
し、分級して平均粒径２５μｍのキャリア母粒子を得
た。このキャリア母粒子１００重量部に対して、２重量
部の導電性カーボンブラック（導電性微粒子、平均粒径
２０〜３０ｎｍ）をヘンシェルミキサーで十分混合して
キャリア母粒子の表面に均一に付着させた。

【００８７】ついで表面処理装置（ハイブリタイザー、
奈良機械製作所製）を用い、機械的衝撃力によりキャリ
ア母粒子の表層にこれら微粒子を固着させ、キャリアを
得た。得られたキャリアは、１ＫＯｅでの最大磁化σ₁
が５５ｅｍｕ／ｇ、密度ｍが３．７ｇ／ｃｍ³（σ₁／ｍ
＝１５．１）であった。

【００８８】また、体積固有抵抗は、２×１０³Ω・ｃ
ｍ であった。このキャリアに、トナー濃度（Ｔ／Ｃ）
が３０重量％となるように正帯電性磁性トナーを均一混
合して現像剤とした。 この現像剤の体積固有抵抗は５
×１０⁴Ω・ｃｍであった。

【００８９】図３，５に示した装置を用いて画像形成を
行なった。ここで感光体としては、外径３０ｍｍの円筒
ガラス基板上にＩＴＯ透光性導電層およびａ−Ｓｉ系感
光層を形成した、光導電層の厚さ６μｍのａ−Ｓｉ系感
光体を用いた。

【００９０】現像バイアス電源３９の電圧は＋５０Ｖと
し、−２００Ｖの転写バイアス電圧を転写ローラに印加
して転写した。転写紙として市販普通紙を用い画像形成
したところ、“キャリア引き”を生じることなく、良好
な画像が安定して得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のキャリアの実施例を示す模式図であ
る。

【図２】本発明のキャリアの他の実施例を示す模式図で
ある。

【図３】本発明の画像形成方法の実施例を示す説明図で
ある。

【図４】本発明で使用する感光体の実施例を示す説明図
である。

【図５】本発明の画像形成方法の実施例における感光体
と現像手段との対向部を示す部分説明図である。

【図６】本発明の画像形成方法の他の実施例における感
光体と現像手段との対向部を示す部分説明図である。

【符号の説明】

１１ キャリア １３ キャリア母粒子 １５ 磁性体粒子 １７ 導電性微粒子 １８ 導電性薄膜 ２１ 感光体 ２３ 透光性支持体 ２５ 透光性導電層 ２６ 支持体側キャリア注入阻止層 ２７ 感光層 ２８ キャリア注入阻止表面層 ２９ ａ−Ｓｉ系光導電層 ３１ 現像ユニット ３２ 制御電極 ３３ マグローラ ３４ 絶縁体 ３５ スリーブ ３６ 制御電極用電源 ３７ ドクターブレード ３９ 現像バイアス電源 ４１ ＬＥＤアレイ ４３ 集光素子 ５１ 転写ユニット ５３ 転写ローラ ５５ 転写バイアス電源 ６１ 定着ユニット ６３ 定着ローラ ６５ 加圧ローラ ７１ 現像剤 ７３ 現像剤溜り ７５ トナー像 ８１ 紙 Ａ 感光体２１とスリーブ３５との最近接位置 Ｂ 現像剤７１と感光体２１とが離れる位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−175766（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−53368（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−147750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−175766（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−22672（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−233464（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−176763（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 9/083,9/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バインダー樹脂に磁性体を含有せしめた
   母粒子の表面に導電層を形成した樹脂キャリアであっ
   て、１キロエールステッドの磁場での最大磁化をσ
   ₁（ｅｍｕ／ｇ）、密度をｍ（ｇ／ｃｍ³）としたとき、
   σ₁が４０ｅｍｕ／ｇ以上で、かつ、σ₁／ｍが１３以上
   であることを特徴とする現像剤用導電性磁性キャリア。
2. 【請求項２】 バインダー樹脂に磁性体を含有せしめた
   母粒子の表面に導電層を形成した樹脂キャリアであっ
   て、１キロエールステッドの磁場での最大磁化をσ
   ₁（ｅｍｕ／ｇ）、密度をｍ（ｇ／ｃｍ³）としたとき、
   σ₁が４０ｅｍｕ／ｇ以上で、かつ、σ₁／ｍが１３以上
   である導電性磁性キャリアと、絶縁性のトナーとを混合
   してなることを特徴とする現像剤。
3. 【請求項３】 透光性支持体上に少なくとも透光性導電
   層と光導電層を順次設けた感光体と、 バインダー樹脂に磁性体を含有せしめた母粒子の表面に
   導電層を形成した樹脂キャリアであって、１キロエール
   ステッドの磁場での最大磁化を σ₁（ｅｍｕ／ｇ）、密
   度をｍ（ｇ／ｃｍ³）としたとき、σ₁が４０ｅｍｕ／ｇ
   以上で、かつ、σ₁／ｍが１３以上であるキャリアと、
   絶縁性トナーとからなる現像剤と、 前記感光体の光導電層側に配設され、前記現像剤を感光
   体表面に供給する現像手段と、 前記感光体の透光性導電層と前記現像手段との間に電圧
   を印加する手段と、 前記感光体の透光性支持体側に前記現像手段と対向する
   ように配設された露光手段とを用い、 前記感光体表面に前記現像剤を接触させ、 前記透光性導電層と前記現像手段との間に電圧を印加し
   つつ、 選択された光を前記透光性支持体側から前記現像手段と
   の対向部位近傍の前記光導電層に照射し、 前記感光体上に、該光照射に対応するトナー像を形成す
   ることを特徴とする画像形成方法。