JP3422107B2 - 現像方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、静電荷像を担持する像
担持手段の表面に形成された静電荷像を、円筒状に一体
に成形された永久磁石部材からなる現像剤支持手段の表
面に吸着保持された磁性現像剤を使用して現像する現像
方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来電子写真や静電記録を利用した画像
形成方法においては、光導電体若しくは誘電体等からな
る画像担持体の表面に形成された静電荷像を、例えば永
久磁石部材を内蔵すると共にこの永久磁石部材と相対回
転自在に嵌挿してなるスリーブからなる現像手段を使用
し、磁性現像剤からなる所謂磁気ブラシによって摺擦し
てトナー像として現像する。次いでこのトナー像を直接
定着するか、若しくはトナー像を普通紙などの転写シー
ト上に転写した後定着して最終画像を得ている。しかし
ながらこの磁気ブラシ法においては、磁性現像剤からな
る磁気ブラシが静電荷像を形成する画像部のみならず非
画像部にも接触するため、地カブリが発生し易い。そこ
で画像担持体とスリーブとの間に、直流バイアスに交流
バイアスを重畳させた電界を印加する手段が使用されて
いる。 【０００３】図２は従来の現像方法の例を示す要部横断
面図である。図２において１は現像剤槽であり、磁性現
像剤２を収容すると共に、その下方に複数個の永久磁石
３を備え円柱状に形成した永久磁石部材４と、非磁性金
属材料（例えばＳＵＳ３０４）により中空円筒状に形成
したスリーブ５とを同軸的にかつ相対回転自在に構成し
てなる現像ロール６を設ける。 【０００４】７は感光体ドラムであり、矢印方向に回転
自在に形成し、現像ロール６と間隙ｇを介して対向させ
てある。８はドクターブレードであり、現像剤槽１に設
けられ、現像ロール６と間隙ｔを介して対向させ、現像
ロール６を構成するスリーブ５上に吸着される磁性現像
剤の層厚を規制するものである。９は交流電源、１０は
直流電源であり、感光体ドラム７とドクターブレード８
間に接続し、直流と交流との重畳バイアスを印加するた
めのものである。なお間隙ｇは前記間隙ｔより若干大に
形成する。 【０００５】上記の構成により、永久磁石部材４を固定
してスリーブ５を矢印方向に回転させると、磁性現像剤
２がスリーブ５上に吸着されて搬送され、感光体ドラム
７と対向する現像領域に至ると、感光体ドラム７上に形
成されている静電荷像の電界によって、磁性現像剤２が
永久磁石部材４によるスリーブ５への吸着力に打ち勝っ
て転移する。これにより静電荷像を現像することができ
るのである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】上記のような現像方法
においては、スリーブ５の外周面は磁性現像剤２を永久
磁石部材４による磁気的吸引力によって吸着し、摩擦力
によって搬送するのであるが、搬送性を向上させるため
に、例えばブラスト加工を施すことにより表面の粗さを
大に形成してあるのが通常である。しかしながら使用中
に摩耗が進行し、摩擦係数が変化し、若しくは局部的変
化も発生することにより、吸着される磁性現像剤２の層
厚が変化し、現像性が低下するという問題点がある。 【０００７】またプリンター等の小型化のため、現像ロ
ール６を構成するスリーブ５を省略し、永久磁石部材４
のみを回転状態で使用し、静電荷像を磁気ブラシ法によ
って現像する現像方法も提案されている（例えば特開昭
６２−２０１４６３号公報参照）。このような現像方法
においては、磁性現像剤からなる磁気ブラシの高さの半
分程度が感光体ドラム７の表面と接触するようになって
いる。 【０００８】しかしながら上記のようなスリーブ５を省
略した形態の磁気ブラシ現像方法においては、永久磁石
部材４の磁極上と磁極間とにおける磁気ブラシの高さお
よび現像性に差があるため、画像濃度が変化し、特に中
間調の画像を現像する場合において画質が低下するとい
う問題点がある。一方上記のような濃度ムラを解消する
ために、永久磁石部材４の回転数を大にすると、駆動ト
ルクが大になると共に、騒音が発生するという問題点が
あり、好ましくない。 【０００９】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、画像形成装置の小型化が可能であると共に、高
品質の画像を形成し得る現像方法を提供することを目的
とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、静電荷像を担持して移動する像
担持手段上の静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する
現像方法において、現像剤支持手段を表面に複数個の磁
極を設けかつ円筒状に一体成形してなる永久磁石部材に
よって構成し、絶縁性トナーを含む磁性現像剤を前記現
像剤支持手段の表面に吸着させて現像領域に搬送し、現
像領域において像担持手段と磁性現像剤との間に、直流
バイアスに周波数ｆ＝Ｍ・Ｖｍ／π・Ｄ（Ｍは永久磁石
部材の磁極数、Ｖｍは永久磁石部材の周速（mm／秒）、
Ｄは永久磁石部材の直径（mm））（Ｈｚ）、ピーク・ト
ゥ・ピーク電圧Ｖ_p-p １００〜８００（Ｖ）の交流バイ
アスを重畳させた交互電界が、永久磁石部材の磁極が像
担持手段の表面に最も接近した時にＶmin （電圧波形の
谷の値）が印加され、永久磁石部材の磁極間が像担持手
段の表面に最も接近した時にＶmax （電圧波形の山の
値）が印加されるように構成し、像担持手段上の静電荷
像を顕像化する、という技術的手段を採用した。 【００１１】本発明における永久磁石部材は、フェライ
ト磁石のみに限らず、磁性粉と樹脂材料とを主成分とす
る樹脂磁石であってもよい。またこの永久磁石部材は、
シャフトの外周に上記磁石をロール状に一体に形成した
ものでも、あるいはシャフトを含めて全体を磁石材料で
形成したものでもよい。但し、この永久磁石部材は、現
像ムラを防止するために、円周方向および軸方向に継目
がなく、全体が一体に形成されていることが好ましい。 【００１２】上記永久磁石部材の表面には、異極性の磁
極が微小間隔を置いて円周方向に交互に配設されている
ため、磁極数が増加すると表面磁束密度が減少する。一
方磁性現像剤の飛散防止の点から、永久磁石部材の表面
磁束密度は５０Ｇ以上であることが好ましく、またトナ
ーが像担持体の表面に形成された静電荷像に付着し易く
するために、１２００Ｇ以下であることが好ましい。ま
た磁極数は、上記表面磁束密度５０〜１２００Ｇに対応
する８〜６０極とすることが好ましい。なお上記表面磁
束密度のより好ましい範囲は１００〜８００Ｇである。 【００１３】次に磁極数を大にすると、永久磁石部材の
周囲に形成される磁界が小さくなり、永久磁石部材の表
面への磁性現像剤の付着量が少なくなる。このため永久
磁石部材の表面に形成される磁性現像剤層の厚さが不均
一となり易いので、このような非所望な現象を防止する
ために永久磁石部材を高速で回転させる必要がある。し
かしながら永久磁石部材の回転速度が早すぎると、駆動
トルクが大になったり、磁性現像剤を構成するキャリア
の摩耗が発生する。一方上記回転速度が遅すぎると、画
像に濃度ムラが発生する。従って永久磁石部材の周速Ｖ
ｍ（mm／秒）は像担持体の周速Ｖｐ（mm／秒）の１〜１
０倍に設定することが好ましく、より好ましくは２〜６
倍である。 【００１４】次に永久磁石部材の外径をＤ（mm）、表面
に設けられる磁極数をＭとすると、下記の式で表される
ｈ（mm）の値が２より小になるように、Ｄ，Ｍ，Ｖｍを
設定することが好ましい。 【００１５】ｈ＝πＤ・Ｖｐ／Ｍ・Ｖｍ 上記ｈは、像担持体の表面が単位時間内に永久磁石部材
の磁極と対面するピッチであるが、ｈが２mm以上である
と、現像ムラが目立つため２mmより小とするのが好まし
く、より好ましくは１mm以下とするのがよい。この場
合、ｈの値を小にするためには、永久磁石部材の磁極数
Ｍと周速Ｖｍを大にすればよいが、磁極数Ｍが多すぎる
と表面磁束密度が低下して、磁性現像剤の飛散が発生し
易く、周速Ｖｍが大きすぎると前記のような不具合が発
生するので、実用上ｈの値は0.４〜1.０mmとするのが好
ましい。 【００１６】また永久磁石部材の表面とドクターブレー
ド先端との間隙であるドクターギャップｔを設ける場合
には、画像品質の点から永久磁石部材と像担持体との間
隙である現像ギャップｇとの差を、（ｇ−ｔ）＝0.２±
0.１５mmとすることが好ましい。 【００１７】次に本発明における永久磁石部材は、半導
電性若しくは絶縁性の材料であるため、バイアス電圧を
印加する場合にはドクターブレードから印加することが
好ましく、この場合ドクターブレードは金属等の導電性
材料によって形成すればよい。 【００１８】直流電圧に重畳させる交流電圧は、通常使
用されている５００〜１ｋＨｚのものより更に低周波の
ものがよく、永久磁石部材の磁極数Ｍ、周速Ｖｍ（mm／
秒）、直径Ｄ（mm）によって定まるｆ＝Ｍ・Ｖｍ／π・
Ｄ（Ｈｚ）とし、ピーク・トゥ・ピーク電圧Ｖ_p-p は１
００〜８００Ｖとするのがよい。 【００１９】本発明において磁性現像剤としては、磁性
トナーのみからなるものは勿論、磁性トナーと磁性キャ
リアとの混合粉体（トナー濃度１０〜９０重量％）およ
び非磁性トナーと磁性キャリアとの混合粉体（トナー濃
度５〜６０％）のものを使用できる。 【００２０】磁性現像剤として二成分系現像剤を使用す
る場合は、予め所定のトナー濃度に調整されたものを現
像剤槽内に投入するか、または永久磁石部材の表面にキ
ャリアを付着させておき、その後現像剤槽内にトナーの
みを補給するようにすればよい。これにより、トナー濃
度制御手段が不要となり、現像装置の小型化が図れる。 【００２１】磁性現像剤を構成するキャリアとしては、
平均粒径が１０〜１５０μｍであり、１０００Ｏｅの磁
界中で測定した時の磁化σ₁₀₀₀が５０ｅｍｕ／ｇ以上の
磁性粒子（鉄粉、フェライト、マグネタイト、樹脂中に
磁性粉が分散されたバインダー型粒子等）を使用するこ
とができる。磁化σ₁₀₀₀が５０ｅｍｕ／ｇより小である
と、キャリア付着が生じ易くなるため好ましくない。な
おキャリアは、特に鉄粉であり、球形のものより偏平状
のものが、キャリア付着が生じにくいため好ましい。 【００２２】更にキャリアの平均粒径は１０〜５０μｍ
のものが特に好ましい。これは平均粒径が５０μｍ以下
であると、トナーの帯電量が充分に得られるが、平均粒
径が１０μｍより小であるとキャリア付着が生じ易くな
るからである。 【００２３】なおキャリアは上記の磁性粒子を２種以上
混合したものでもよい。例えば平均粒径が６０〜１２０
μｍの大粒径の磁性粒子と、平均粒径が１０〜５０μｍ
の小粒径の磁性粒子とを、あるいは平均粒径が１０〜５
０μｍの小粒径のバインダー型磁性粒子とを混合しても
よい。混合比率は磁性粒子の大きさや磁気特性などを考
慮して定めればよい。 【００２４】次に上記キャリアと混合させるべきトナー
としては、磁性若しくは非磁性の何れのものでもよい
が、転写性を向上させる点から体積固有抵抗が１０¹⁴Ω
・cm以上の絶縁性のものが好ましく、またキャリアとド
クターブレードとの摩擦により帯電し易いもの（摩擦帯
電量が１０μｃ／ｇ以上）が好ましい。 【００２５】トナーの組成は通常使用されるトナーと同
様に、結着樹脂（スチレン−アクリル系共重合体、ポリ
エステル樹脂等）、着色剤（カーボンブラック等、但し
後述する磁性粉としてマグネタイトを使用する場合には
特に添加しなくてもよい）を必須成分とし、任意成分と
して磁性粉（マグネタイト、ソフトフェライト等）、帯
電制御剤（ニグロシン、含金属アゾ染料等）、離型剤
（ポリオレフィン等）、流動化剤（疏水性シリカ）を含
有（内添および／または外添）したものを使用できる。
なお磁性トナーとする場合は、磁性粉が少ないとトナー
飛散が多くなり、一方磁性粉が多いと定着性が低下する
ので、２０〜７０重量％の範囲とするのが好ましい。ま
た着色剤を適宜選定することにより、カラートナーを作
製することもできる。 【００２６】なお上記磁化の値の測定は、振動試料型磁
力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）を使用し、トナーの平
均粒径（体積）は、粒度分析計（コールターエレクトロ
ニクス社製コールターカウンターモデルＴＡ−II）を使
用して測定した。 【００２７】また体積固有抵抗は、ＤＣ４ＫＶ／cmの電
場で、内径3.０５mmのテフロン（商品名）製シリンダー
中に試料を１０数mg充填し、１００ｇｆの荷重を印加し
て、絶縁抵抗計（横河ヒューレットパッカード製４３２
９Ａ型）により測定した値である。更に摩擦帯電量は市
販のブローオフ摩擦帯電量測定器（東芝ケミカル製ＴＢ
−２００型）により、トナー濃度５％（標準キャリアと
してフェライトキャリア（日立金属製ＫＢＮ−１００）
を使用）にて測定した値である。 【００２８】 【作用】上記の構成により、スリーブを欠如する構成の
現像剤支持手段である小型のものを使用しても、地カブ
リのない高品質の画像を現像することができるのであ
る。 【００２９】 【実施例】図１は本発明の実施例における現像手段の例
を示す要部横断面図であり、同一部分は前記図２と同一
の参照符号で示す。図１において永久磁石部材４は体積
固有抵抗が１０⁶ Ω・cmを超える半導電性ないし絶縁性
の例えば等方性フェライト磁石により形成し、外周面に
軸方向に延びる複数個の磁極を設け、円柱状に形成し、
現像剤槽１の下方に回転自在に設ける。交流電源９およ
び直流電源１０は、ドクターブレード８と感光体ドラム
７との間に接続すると共に、永久磁石部材４の表面に吸
着搬送される磁性現像剤２と感光体ドラム７との間に、
直流バイアスに交流バイアスを重畳させた交互電界を印
加可能に形成する。 【００３０】なお上記交互電界は、永久磁石部材４の磁
極と同期させて印加されるように構成することが重要で
ある。すなわち永久磁石部材４の磁極が感光体ドラム７
の表面に最も接近した時に、電圧波形の谷の値Ｖmin が
印加され、一方永久磁石部材４の磁極間が感光体ドラム
７の表面に最も接近した時に、電圧波形の山の値Ｖmax
が印加されるように交流電源９の出力値を制御するよう
に構成する。この同期手段の一例としては、永久磁石部
材４の磁界検出用の磁気センサー１１を取付けて交流電
源９の周波数トリガーとしてもよいし、永久磁石部材４
の回転軸から交流電源９の同期シグナルを取り出しても
よい。 【００３１】上記のように構成した現像手段により、磁
性トナーと磁性キャリアとを混合してなる磁性現像剤２
を使用して画像形成した結果について記述する。まず磁
性トナーは，重量比でスチレン−アクリルｎブチルメタ
クリレート共重合体（Ｍｗ＝２１万、Ｍｎ＝１万６千）
５７部、磁性粉（戸田工業製 ＥＰＴ５００）４０部、
ポリプロピレン（三洋化成製 ＴＰ３２）２部、帯電制
御剤（オリエント化学製 ボントロン Ｅ８１）１部を
配合し、加熱混練、冷却固化、粉砕および分級して平均
粒径１０μｍに形成し、表面に流動化剤（日本アエロジ
ル製 Ｒ９７２） 0.5部を外添した。体積固有抵抗は５
×１０¹⁴Ω・cm、摩擦帯電量は−２２μｃ／ｇであっ
た。 【００３２】次に磁性キャリアは、偏平鉄粉にシリコー
ン樹脂を被覆して平均粒径５０μｍに形成した。１００
０Ｏｅ中の磁界中の磁化の値σ₁₀₀₀は７０ emu／g であ
った。この磁性キャリアと前記磁性トナーとを混合し
て、トナー濃度５０重量％の磁性現像剤とした。 【００３３】一方感光体ドラム７はＯＰＣにより形成
し、表面電位−６００Ｖ、周速２５mm／秒とした。永久
磁石部材４は外径２０mm、Ａ４サイズ用、１６極、表面
磁束密度５５０Ｇに形成し、現像ギャップ（ｇ） 0.4m
m、ドクターギャップ（ｔ） 0.3mmに形成し、ドクター
ブレード８から直流バイアス電圧−５００Ｖと、周波数
２５Ｈｚ、ピーク・トゥ・ピーク電圧Ｖ_p-p ２００Ｖ、
６００Ｖとを重畳させて印加した。表１は現像後の画像
をコロナ転写し、１５０℃、１kg／cmでヒートロール定
着した場合の画像評価結果を示す表である。なお現像、
定着の環境は、２０℃、６０％Ｒ．Ｈ．であった。 【００３４】 【表１】 【００３５】表１から明らかなように、No. １において
はバイアス電圧の印加を欠如するために、画像濃度が低
いと共に、画像濃度の変化も大である。次にNo. ２にお
いては、バイアス電圧の周期がずれているため、すなわ
ち、永久磁石部材４の磁極が感光体ドラム７に最も接近
した時に、電圧波形の山の値が印加されるため、画像濃
度の変化が大きく、画質が低下している。 【００３６】これに対してNo. ３、４においては，永久
磁石部材４の磁極および磁極間が各々感光体ドラム７に
最も接近した時に、各々電圧波形の谷および山の値が印
加されるため、画像濃度が高く、かつその変化が極めて
小であり、高品質の画像が形成され得る。なおこれらの
傾向は１万枚連続して印字しても同様であった。 【００３７】 【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏し得る。 【００３８】(1) 現像ロールの構成部材を永久磁石部材
のみとしたものであるため、現像装置を小型化すること
ができ、画像形成装置全体を小型化することができる。 (2) 磁性現像剤の支持手段である永久磁石部材が硬質で
あるため、表面の摩耗が少なく、経時変化が少なく、耐
久性を向上させ得る。 【００３９】(3) 現像ギャップを大にしても安定した高
品質の画像を得ることができる。 (4) 磁性現像剤中のトナー濃度を広い範囲に設定できる
ため、例えばトナー濃度制御手段を使用する必要がな
く、装置全体をコンパクト化し得る。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例における現像手段の例を示す要
部横断面図である。 【図２】従来の現像方法の例を示す要部横断面図であ
る。 【符号の説明】 ４ 永久磁石部材 ７ 感光体ドラム ９ 交流電源 １０ 直流電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝苗 益実 埼玉県熊谷市三ヶ尻5200番地 日立金属 株式会社 熊谷工場内 (56)参考文献 特開 平３−231780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−197557（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/09 G03G 15/06 101

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 静電荷像を担持して移動する像担持手段
   上の静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する現像方法
   において、 現像剤支持手段を表面に複数個の磁極を設けかつ円筒状
   に一体成形してなる永久磁石部材によって構成し、絶縁
   性トナーを含む磁性現像剤を前記現像剤支持手段の表面
   に吸着させて現像領域に搬送し、現像領域において像担
   持手段と磁性現像剤との間に、直流バイアスに周波数ｆ
   ＝Ｍ・Ｖｍ／π・Ｄ（Ｍは永久磁石部材の磁極数、Ｖｍ
   は永久磁石部材の周速（mm／秒）、Ｄは永久磁石部材の
   直径（mm））（Ｈｚ）、ピーク・トゥ・ピーク電圧Ｖ
   _p-p １００〜８００（Ｖ）の交流バイアスを重畳させた
   交互電界が、永久磁石部材の磁極が像担持手段の表面に
   最も接近した時にＶmin （電圧波形の谷の値）が印加さ
   れ、永久磁石部材の磁極間が像担持手段の表面に最も接
   近した時にＶmax （電圧波形の山の値）が印加されるよ
   うに構成し、像担持手段上の静電荷像を顕像化すること
   を特徴とする現像方法。