JP2987529B2 - 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、回転駆動される現像剤
担持体に、必要に応じて補助剤を外添した一成分系現像
剤を供給し、該現像剤担持体の表面に前記現像剤を担持
して搬送し、潜像担持体と前記現像剤担持体が互いに対
向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電潜
像を現像剤担持体に担持された前記現像剤によって可視
像化する画像形成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】潜像担持体に静電潜像を形成し、これを
現像剤によって可視像化して記録画像を得る電子複写
機、プリンタ或いはファクシミリ等の画像形成装置で
は、粉体状の現像剤を用いる乾式の現像装置が広く採用
されている。

【０００３】かかる粉体状の現像剤としては、トナーと
キャリアを有する二成分系現像剤と、キャリアを含まな
い一成分系現像剤とが公知であり、前者の二成分系現像
剤を用いた二成分現像方式は、比較的安定した良好な記
録画像が得られる反面、キャリアの劣化やトナーとキャ
リアの混合比の変動が発生しやすく、装置の維持管理が
煩雑で、装置全体の構造が大型化しやすくなる欠点を有
している。

【０００４】このような観点から、上述の欠点を有しな
い一成分系現像剤を用いた一成分現像方式が注目されて
いる。一成分系現像剤は、トナーのみから成るものと、
これに必要に応じて補助剤を外添したものとがある。ま
たトナーとしては、その各トナー粒子自体に磁性粉を練
り込んだ磁性トナーと、磁性体を含まない非磁性トナー
とがある。ここで、磁性体は一般に不透明であるため、
フルカラーやマルチカラーを含めたカラー画像を磁性ト
ナーによって形成すると、現像された可視像が不鮮明と
なり、鮮やかなカラー画像を得ることはできない。従っ
て、特にカラー現像に対しては、非磁性トナーを用いた
一成分現像方式を採用することが望ましい。

【０００５】ところで、一成分現像方式を採用した現像
装置においては、一成分系現像剤を現像剤担持体に担持
させて搬送し、この現像剤担持体と潜像担持体とが互い
に対向した現像領域において、潜像担持体に形成された
静電潜像を現像剤によって可視像化しているが、所定濃
度の高品質な可視像を形成するには、充分に帯電した多
量のトナーを現像領域に搬送し、かかるトナーによって
潜像を可視像化する必要がある。

【０００６】磁性トナーを用いた場合には、現像剤担持
体に内設した磁石の磁力を利用して、該担持体にこの一
成分系現像剤を担持できるので、上述の要求を比較的容
易に満たすことが可能である。

【０００７】ところが、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現像剤担持体に担持させ
ることはできないため、上述の要求を満たすことは難し
い。これに対する対策も従来より各種提案されており、
例えば特開昭61-42672号公報には、現像剤担持体(現像
ローラ)の表面に誘電体(絶縁体)の層を積層形成し、こ
れに対して、例えばスポンジローラから成る現像剤供給
部材を圧接させ、両者を互いに異極性に摩擦帯電させる
と共に、この誘電体と逆極性に帯電させた非磁性トナー
を誘電体に静電的に付着させ、かかる一成分系現像剤を
現像領域に搬送する方法が提案されている。しかし、こ
の方法によっても、誘電体表面の近傍に形成される電界
の強さを充分に高めることができないため、現像ローラ
の表面に多量のトナーを担持させることは難しく、現像
領域へ搬送できる現像剤量が不足し、高濃度の可視像を
形成することは困難である。

【０００８】また、現像ローラと現像剤供給部材の間
に、非磁性トナーが現像ローラ側へ静電的に移行する向
きの電界を印加する構成も公知であるが、このような構
成を付加しても、現像ローラへ充分な量のトナーを付着
させることは難しい。

【０００９】なお、トナー供給部材としては、10²〜10⁶
Ω・cmの導電性発泡体(特開昭60-229057号公報)、スキン
層付弾性体(特開昭60-229060号公報)及びファーブラシ
(特開昭61-42672号公報)等を使用することが提案されて
おり、また現像ローラとしては、表面に凹凸を有する金
属体(特開昭60−53976号公報)、絶縁被覆ローラ体(特開
昭55−46768号公報)中抵抗体被覆ローラ(特開昭58−132
768号公報)及び絶縁面と導電面を持つ電極ローラ(特開
昭53-36245号公報)等が開示されている。

【００１０】また、非磁性一成分現像剤を用いる現像装
置において、特開昭60-229057号公報ではスポンジロー
ラ、特開昭62-229060号公報では弾性ローラ、特開昭61-
52663号公報ではファーブラシ等を用いて、トナーと補
給部材との摩擦帯電でトナーに電荷を付与し、更に現像
ローラとの接触においての摩擦により、現像ローラへト
ナーを静電的に付着させ、更にブレード等の層厚規制部
材を用いて、トナー層を制御して感光体の潜像を現像す
る。現像ローラの材料としては、絶縁性のもの、中抵抗
のもの、積層のものなど各種のものが用いられている。

【００１１】これらの引例で示されている方式による
と、現像ローラへのトナー付着は、トナー補給部材と現
像ローラとの摩擦で行なわれるが、トナーの付着した部
材で摩擦するため、充分な帯電が得にくく、結果的にト
ナー付着が不足してしまう。この付着量が多く必要なこ
ともまた、一成分現像を難しいものにしている。

【００１２】更に、特開昭54-51841号公報等に示されて
いるように、現像領域を通過した後の現像ローラ上の一
成分系現像剤を掻き取ったあと、この現像ローラの表層
に対してコロナ放電を行って電荷を付与し、次いて現像
剤供給部材により非磁性トナーを現像ローラ上に静電的
に積極的に付着させるようにした技術も提案されている
が、この構成によっても現像ローラの表面の現像剤担持
量を上げることができず、現像領域へ多量の現像剤を搬
送することはできない。

【００１３】これらの問題点を解消する方法として、本
発明者らは、先に「回転駆動される現像剤担持体に、必
要に応じて補助剤を外添した非磁性トナーより成る一成
分系現像剤を供給し、該担持体の表面に前記現像剤を担
持して搬送し、潜像担持体と前記現像剤担持体が互いに
対向した現像領域にて、該潜像担持体に形成された静電
潜像を現像剤担持体に担持された前記現像剤によって可
視像化する現像方法において、前記現像剤担持体の表面
に選択的に電荷を保持させることにより該担持体表面の
近傍に多数の微小閉電界を形成し、この閉電界により帯
電トナーを吸引し、現像剤を現像剤担持体表面に付着さ
せて担持し、該担持現像剤によって静電潜像を可視像化
する画像形成方法」を提案した。

【００１４】かかる方法は、現像剤担持体の表面の近傍
に多数の微小閉電界(マイクロフィールド)が形成される
ので、その電界強度を従来よりも著しく増大させること
ができ、充分に帯電した多量のトナーを現像剤担持体に
担持して現像領域に搬送できるといった多くの利点を有
するものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ただ、その後の本発明
者らの研究によれば、前記のような現像剤担持体の表面
近傍に多数の微小閉電界(マイクロフィールド)を形成す
る現像方式においては、従来から知られているトナーを
そのまま採用した場合、現像剤担持体上でのトナー層を
２層以上として常に安定化させることが難しく、トナー
層が薄くなって現像されるトナーの量が減少して、画像
部の濃度が低くなったり、トナー層が不均一となって現
像ムラが生じ、画像部の濃度が不均一となったり、ある
いは現像剤担持体上のトナーが逆極性となり、非画像部
にトナーが付着し、カブリが発生したりすることがある
というような問題点が生じることが判明した。

【００１６】従って、本発明の目的は、前記の画像形成
方法において、現像剤担持体上に２層以上、安定且つ均
一にトナーを積層することができ、長期にわたって高濃
度、高品質の画像を得ることができる画像形成方法を提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋭意検討
した結果、結着樹脂と着色剤を含有し、しかも特定の誘
電率を有するトナーが上記目的に適合することを知見
し、本発明を完成するに至った。

【００１８】即ち、本発明によれば、現像剤担持体の表
面上に、選択的に電荷を保持させることにより、現像剤
担持体表面近傍に多数の微小閉電界を形成し、この現像
剤担持体上に、必要に応じて補助剤を外添したトナーよ
りなる一成分系現像剤を供給し、前記微小閉電界により
前記現像剤を現像剤担持体表面に担持させ、該担持現像
剤によって静電潜像を可視像化する画像形成方法におい
て、トナーとして、少なくとも結着樹脂と着色剤からな
り、しかも誘電率が４．０以下であるものを使用するこ
とを特徴とする画像形成方法が提供される。

【００１９】本発明においては、少なくとも結着樹脂と
着色樹脂からなり、しかも誘電率が２．８以下であるト
ナーを用いることにより、現像剤担持体上に２層以上、
安定且つ均一にトナーを積層することができ、長期にわ
たって高濃度で高品質の画像を得ることができる。誘電
率の値が４．０より高いトナーを使用した場合には、マ
イクロフィールドによるトナー保持力が弱まり、トナー
層形成性が悪くなり、画像濃度ムラや地肌部へのトナー
カブリ等が発生し易くなる。

【００２０】本発明で用いるトナーにおいて使用される
結着樹脂としては、従来からトナー用結着樹脂として使
用されてきたものの全てが適用される。具体的には、ポ
リスチレン、ポリクロロスチレン、ポリビニルトルエン
などのスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン／
ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン／プロピレン共
重合体、スチレン／ビニルトルエン共重合体、スチレン
／ビニルナフタリン共重合体、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
リル酸オクチル共重合体、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／α
−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン／アク
リロニトリル共重合体、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／アクリロニトリル／インデン共重合体、
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、ポリ塩
化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリエステル、ポリビニルブチルブチラール、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、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、
芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワッ
クスなどが挙げられ、これらは、単独であるいは２種以
上混合して使用される。なお、これらの中でも、ポリス
チレン、スチレン系樹脂及びエポキシ系樹脂の使用が有
利である。

【００２１】また、本発明で用いるトナーに使用される
着色剤としては、従来からトナー用着色剤として使用さ
れてきた顔料及び染料の全てが適用される。具体的に
は、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、
ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブル
ー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレ
ンブルークロリド、フタロシアニンブルー、フタロシア
ニングリーン、ハンザイエローG、ローダミン6Cレー
キ、クロムイエロー、キナクリドン、ベンジジンイエロ
ー、マラカイトグリーン、マラカイトグリーンヘキサレ
ート、オイルブラック、アゾオイルブラック、ローズベ
ンガル、モノアゾ系染顔料、ジスアゾ系染顔料、トリス
アゾ系染顔料及びこれらの混合物などが挙げられる。

【００２２】なお、本発明のトナーにおいては、帯電を
付与させるために帯電制御剤を配合することが効果的で
ある。この場合の帯電制御剤としては、例えばトナーに
正極性を付与するものとして、ニグロシン系染料、第四
アンモニウム塩、塩基性染料、アミノ基含有のポリマー
などがあり、また負極性を付与するものとして、含クロ
ムモノアゾ染料、含クロル有機染料、サリチル酸及びサ
リチル酸誘導体の金属塩などが挙げられるが、これらに
限定されるものではない。

【００２３】更に、本発明で用いるトナーにおいては、
離型性をもたせるために、低分子量のポリエチレン、ポ
リプロピレンなどの合成ワックス類の他、キャンデリラ
ワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ろ
う、ホホバ油などの植物系ワックス類；みつろう、ラノ
リン、鯨ろうなどの動物系ワックス類；モンタンワック
ス、オゾケライトなどの鉱物系ワックス類；硬化ヒマシ
油、ヒドロキシステアリン酸、脂肪酸アミド、フェノー
ル脂肪酸エステルなどの油脂系ワックス類を含有するこ
とができる。

【００２４】本発明で用いるトナーには、前記の結着樹
脂、着色剤等の他に、必要に応じてトナーの熱特性、電
気特性、物理特性などを調整する目的で、各種の可塑剤
(フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチルなど)、抵抗調
整剤(酸化スズ、酸化鉛、酸化アンチモンなど)等の助剤
を添加することも可能である。更に、本発明において
は、トナー粒子（５〜２０μｍ）の製造後、これにＴｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂などの微粉末を添加し、これら
でトナー粒子表面を被覆せしめることによってトナーの
流動性の改質を図ったり、ステアリン酸亜鉛、フタル酸
などを添加して感光体の劣化を図ったりすることも効果
的である。

【００２５】本発明の画像形成方法は、前記したよう
に、現像剤担持体の表面上に、選択的に電荷を保持させ
ることにより、現像剤担持体表面近傍に多数の微小閉電
界を形成し、この現像剤担持体上に、必要に応じて補助
剤を外添したトナーよりなる一成分系現像剤を供給し、
前記微小閉電界により前記現像剤を現像剤担持体表面に
担持させ、該担持現像剤によって静電潜像を可視像化す
るものである。

【００２６】以下、本発明の画像形成方法について説明
する。図１にこの画像形成方法の実施に有用な代表的な
現像装置の現像剤担持体部を中心とした概要を示す。図
１において、トナータンク70に内蔵されているトナー60
は、撹拌羽根(トナー供給補助部材)50によりトナー供給
部材(スポンジローラ又はファーブラシなど)40に強制的
に寄せられ、トナー60はトナー供給部材40に供給され
る。一方、現像を終了した現像剤担持体(現像ローラ)20
は、矢印の方向に回転(例えば400rpm)し、トナー供給部
材40との接触部に至る。トナー供給部材40は現像剤担持
体20と逆方向に回転し、現像剤担持体20とトナー60に帯
電を与え、現像剤担持体20上にトナー60を付着させる。
更に現像剤担持体20は回転し、現像剤担持体20上の付着
トナーは、トナー層厚規制部材(弾性ブレード)30によ
り、厚みを制御されながら帯電も安定化され、現像領域
80に達する。現像領域80において、接触又は非接触現像
により、潜像が現像される。ここで必要に応じて、現像
剤担持体20、トナー供給部材40に直流、交流、直流重畳
交流、パルスなどのバイアス電圧などを印加して、最適
な画像を制御することができる。

【００２７】次に、このタイプ(電極タイプ)の現像剤担
持体20へのトナー付着のメカニズムについて説明する。
現像剤担持体20の例としては、例えば図２に示されるよ
うに、その表面に誘電体部と導電体部とが微小面積で混
在するように構成されている。面積の大きさは、形状が
円形であるとした場合、径が30〜2000μｍ、好ましくは
100〜400μmの大きさの微小面積がランダムに又はある
規則にしたがって分散している。面積比としては、誘電
体部の面積が50〜80%の範囲が好ましい。

【００２８】トナー付着は次のようになる。まず、現像
を終了した現像剤担持体20は、矢印の方向に回転してト
ナー供給部材40と接触する。ここで現像しなかった非画
像部の残トナーは、トナー供給部材40により機械的、電
気的にかきとられ、誘電体部は摩擦によって帯電する。
このとき前の現像による現像剤担持体20とトナーの電荷
は、摩擦により一定化され、初期化される。次に、供給
部材40によって運ばれたトナーは、摩擦により帯電し、
現像剤担持体20の誘電体部に静電的に付着する。このと
きの極性は、感光体電荷に対してトナーは逆極性に、ま
た現像剤担持体20の誘電体部は同極性となる。このとき
の現像剤担持体20上の電界は、図２に示されるようにマ
イクロフィールド(閉電界)となり、電界傾度の大きい電
界となって、トナーを多層に付着させることが可能とな
る。また、付着したトナーは閉電界となっているので、
現像剤担持体20側に強く引かれ、離れにくい状態とな
る。

【００２９】このトナー層は、更にトナー層厚規制部材
30によりトナー層厚が制御され、現像領域80に達する。
現像領域80での現像剤担持体20と静電潜像担持体(感光
体)10間の電界は、電極効果が大きくなり、現像剤担持
体20上のトナーは静電潜像担持体10に付着し易い電界と
なり、現像が行なわれる。

【００３０】現像装置の部品についても多くの種類のも
のが使用できるが、トナーとの離型性、耐久性から好ま
しい材料のみに絞ると、表１のようになる。

【００３１】

【００３２】次に、本発明で使用される現像剤担持体の
作製方法について説明すると、例えば次のような方法が
採用される。 (ｉ)まず、表面を溝加工した金属ローラを作製する。溝
加工方法としては、アヤメローレット加工などの方法で
行なう。溝は、0.1〜0.5mmピッチとし、ローラ長手方向
に対して、約45度の角度に加工する。〔参照;図３(a)〕 (ii)次に、溝加工した金属表面に、例えばふっ素樹脂
(ルミフロンLF200;旭ガラス社製)をコーティングし、10
0℃で約30分間硬化乾燥する。塗布厚みは溝が完全に埋
まる状態にする。〔参照;図３(b)〕 (iii)続いて、ローラの表面を切削又は研磨加工により
導電面が微小面積で混在するように削り、導電面積が20
〜50%になるように削る。〔参照;図３(c)〕

【００３３】また、上記方法の他に、表面に凹部を有す
る導電性ゴム材料を成型により作成し、その凹部に絶縁
性物質を埋め研磨する等、種々の材料を用いて色々な方
法で作製することができる。

【００３４】

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、部は重量部を表わす。

【００３５】実施例１ 結着樹脂 スチレン／アクリル系共重合体 ９５部 離型剤 低分子量ポリプロピレン ５部 着色剤 カーボンブラック ５部 帯電制御剤 サリチル酸誘導体亜鉛塩 ４部

【００３６】上記組成の混合物を熱ロールミルで溶融混
練し、冷却後ハンマーミルを用いて粗粉砕し、次いでエ
アージェット方式による微粉砕機で微粉砕した。得られ
た微粉砕品を分級して、平均粒径を１１μｍとした。本
粒子１００部に対して、ＳｉＯ₂微粉末０．５部を添加
混合して、トナーを得た。本トナーの誘電率は２．７３
であった。

【００３７】次に、図３（ｃ）に示されるような断面を
有する現像ローラ〔図３（ａ）〕（誘電体部と導電体部
が微小面積で混在し、その面積の大きさは１００μｍの
大きさの微小面積であり、これらの面積比が５０％のも
の）を備付した図１に示されるような現像装置を用意
し、かかる現像装置に前記トナーを装着した。

【００３８】続いて、現像ローラと感光体を等速に回転
させ、反転現像を行なったところ、高画像濃度で且つ地
肌汚れ、カブリの発生がない鮮明な画像が得られた。
〔感光体の帯電部は−８００（Ｖ）、露光部は−１００
（Ｖ）であり、露光部にトナーが現像される。〕更に、
高温高湿下においても、異常のない画像が得られた。ま
た、連続３０００枚プリント後の画像も、初期と差がな
かった。

【００３９】比較例 実施例１のトナーの製造において、着色剤のカーボンブ
ラックを１５部添加した以外は、実施例１と同様にして
トナーを製造した。得られたトナーの誘電率は４．０７
であった。

【００４０】得られたトナーを用い、実施例１と同様に
して画像出しを行なったところ、画像濃度が低く、場所
により濃度ムラが見られた。

【００４１】実施例２ 結着樹脂 スチレン／アクリル系共重合体 ９５部 離型剤 低分子量ポリプロピレン ５部 着色剤 フタロシアニンブルー ５部 帯電制御剤 サリチル酸誘導体亜鉛塩 ５部

【００４２】上記組成の混合物を実施例１と同様に処理
して、平均粒径１１μｍの粒子を得た。本粒子１００部
に対し、ＴｉＯ₂微粉末を０．５部添加混合してトナー
を得た。本トナーの誘電率は、２．７４であった。

【００４３】得られたトナーを用い、実施例１と同様に
して画像出しを行なったところ、高画像濃度で且つ地肌
汚れ、カブリの発生がない鮮明な画像が得られた。更
に、高温高湿下においても異常のない画像が得られた。
また、連続３０００枚プリント後の画像も、初期と差が
なかった。

【００４４】

【発明の効果】本発明の画像形成方法においては、結着
樹脂と着色剤からなり、しかも誘電率が４．０以下であ
るトナーを使用するという構成としたことから、現像剤
担持体の表面近傍に多数の微小閉電界を形成する現像方
式において、現像剤担持体上にトナーを２層以上安定且
つ均一に積層することができ、その結果、長期にわたっ
て高濃度で高品質の画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施に有用な現像剤担持体上にマイク
ロフィールドの電界を形成させる現像装置の一例を示す
現像剤担持体部を中心とした模式断面図である。

【図２】図１で示される装置において、現像剤担持体上
にマイクロフィールドによる閉電界が生成している状態
を説明するための模式断面図である。

【図３】図３(a)〜(c)は、図１に示されるタイプの現像
装置で使用する現像剤担持体の作製過程における表面状
態を示す模式断面図である。

【符号の説明】

10 静電潜像担持体 20 トナー搬送部材 30 トナー層厚規制部材 40 トナー供給部材 50 撹拌羽根 60 トナー 70 トナータンク 80 現像領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−275976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−107370（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−229078（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−88070（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−257968（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−73059（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G03G 13/08 Z G03G 15/08 - 15/08 507 Z G03G 9/08 - 9/135

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 現像剤担持体の表面上に、選択的に電荷
   を保持させることにより、現像剤担持体表面近傍に多数
   の微小閉電界を形成し、この現像剤担持体上に、必要に
   応じて補助剤を外添したトナーよりなる一成分系現像剤
   を供給し、前記微小閉電界により前記現像剤を現像剤担
   持体表面に担持させ、該担持現像剤によって静電潜像を
   可視像化する画像形成方法において、トナーとして、少
   なくとも結着樹脂と着色剤からなり、しかも誘電率が
   ４．０以下であるものを使用することを特徴とする画像
   形成方法。