JPH03111855A - 画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

画像形成方法及び画像形成装置

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JPH03111855A
JPH03111855A JP1249061A JP24906189A JPH03111855A JP H03111855 A JPH03111855 A JP H03111855A JP 1249061 A JP1249061 A JP 1249061A JP 24906189 A JP24906189 A JP 24906189A JP H03111855 A JPH03111855 A JP H03111855A
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sleeve
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博英 谷川
Yasuhisa Akashi
恭尚 明石
Masaaki Taya
真明 田谷
Kuniko Kobayashi
小林 邦子
Masaki Uchiyama
内山 正喜
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電子写真法、静電印刷法及び静電記録法など
において形成される静電荷潜像を磁性トナーを用いて現
像する工程を有する画像形成方法及びそのための画像形
成装置に関する。
[従来の技術] 従来−成分磁性トナーを使用する現像方法としては、米
国特許第3,909,258号明細書に開示されている
導電性磁性トナーによる現像方法が知られている。
しかし、かかる現像方法においては、トナーは本質的に
導電性であることが必要であり、導電性トナーは潜像保
持体上のトナー像を最終画像支持部材(例えば普通紙)
に電界を利用して転写することが困難であった。
一成分導電性磁性トナーによる現像方法の、かかる問題
点を解消する新規な現像方法が特開昭55−18656
号公報及び特開昭55−18659号公報に提案されて
いる。この現像方法は、内部に磁石を有する円筒状のト
ナー担持体上に絶縁性磁性トナーを均一に塗布し、これ
を潜像保持体に接触させることなく対向せしめ、現像す
るものである。トナー担持体上にトナー層を形成する方
法としては、トナー容器出口に塗布用のブレードを用い
る方法がある。例えば第1図に示すものは、トナー担持
体22に内装された固定磁石23の1つの磁極N1に対
向する位置に、磁性体より成るブレード24を設け、該
磁極と磁性体ブレード間の磁力線に沿フてトナーを穂立
させ、これをブレード先端のエツジ部で切ることにより
磁力の作用を利用して、トナー層の厚みを規制するもの
である(例えば特開昭54−43037号公報参照)。
現像時に、トナー担持体と潜像保持体の基盤導体との間
に低周波交番電圧を印加し、トナーをトナー担持体と潜
像保持体の間で往復運動させることにより地力ブリのな
い、階調性の再現に優れ、画像端部の細りのない良好な
現像が可能である。
この現像方法でトナーは絶縁体であるため静電気的転写
が容易である。
第1図において、21はトナーTを収容した現像器、1
は電子写真に於ける感光ドラム、静電記録に於ける絶縁
性ドラムの如き潜像保持体である。
かかる現像方法において、下記課題が重要である0課題
の:磁性トナーをトナー担持体上に均一にトナーコート
させる事0課題■:磁性トナーを効率よくかつ均一に摩
擦帯電させる事。そして、課題のと課題■を両立して解
決することが試みられてきた。
課題のにおいて、磁性トナーをトナー担持体上に均一に
トナーコートさせる方法が特開昭57−66455号公
報に提案されている。これは第1図中、トナー担持体と
して、該表面を不定形粒子によるサンドブラスト処理に
より、不定形な態様の凹凸粗面となしたものを用いるこ
とにより、そのトナー担持体表面に一様均一なムラのな
い、長期に亘って常に、良好なトナーコート状態を維持
する事が出来る現像装置である。該トナー担持体の表面
は、トナー担持体の表面が全域にわたって、微細な無数
の切り込み或いは突起がランダムな方向に構成されてい
る態様のものである。
しかしながら、かかる特定の表面状態を有するトナー担
持体を用いる現像装置では、適用する磁性トナーによろ
ては、カブリ、濃度低下などの現像性の悪化が見られる
。これは、磁性トナー粒子中に帯電不良の粒子が生じ、
トナー層の電荷量が低下することによって生ずるもので
ある。
更に尾引き、飛び散り、細線再現の不安定さが生じるこ
ともある。
課題■に於いて、トナー担持体の磁性トナーへの摩擦帯
電付与能力を向上させる方法として、トナー担持体の表
面をより平滑にする方法が提案されている。しかし、か
かる方法では、磁性トナーのトナーコートが不均一にな
ることがあり、顕画像にムラを生じ、良好な画像は望め
ない場合が見出された。
課題■と課題■の両者を同時に解決させる方法が特願昭
83−46882号公報に提案されている。これは第1
図中トナー担持体として、該表面を、定形粒子によるブ
ラスト処理を施したものと特定の粒度分布を有する磁性
トナーにより、長期にわたり均一にトナーコートを形成
させることができるものである。
また一般に、−成分現像方式に於いては画像形成を繰り
返すと、粒径の小さなトナーがトナー担持体表面に、そ
の高い帯電量に依る鏡映力の為付着し、他のトナー粒子
の摩擦帯電を阻害し、十分に帯電量をもてないトナー粒
子が増加し、濃度低下を引き起こす場合がある。このよ
うな現象は、低湿下に於いて特に現われやすい。
このような現象は、トナー担持体上のトナーが消費され
ない時(例えば、画像白地部)に促進され、画像濃度低
下となる。一方、このような状態から、トナーを消費し
てゆくと(例えば画像黒部)この現象は緩和され次第に
濃度が回復してゆく。
従って、トナー担持体に消費部(画像部)と未消費部(
非画像部)が存在する状態から画像形成を行うと、画像
上に濃度の差(つまり、消費部で高濃度、未消費部で低
濃度)を生じる。
このような現象を以下では相持体メモリと呼ぶ。この担
持体メモリは形成のメカニズムから考えるとトナー担持
体メモリは、トナー消費により解消される、すなわちト
ナー担持体の一回転の円周毎に軽減されてゆくことにな
る。従って、この現象が軽い場合には、画像上へのメモ
リは一口で消失するが、重い場合には何回も繰り返し現
われることがある。
本発明者らの検討によると、定形粒子でブラスト処理を
施したトナー担持体は、不定形粒子でブラスト処理を施
したトナー担持体に比ベトナーの帯電付与能力に優れて
おり、トナーの帯電能力を十分に発揮させる為に有利な
ものであるが、場合によっては帯電過剰となることがあ
り、前述のような現象を生じ易くなる傾向にある。
また−成分トナーの現像に用いられる交番電界としては
米国特許第3.866、574号、米国特許第3、89
0.929号、米国特許第3,893,418号に提案
されているものがある。
これは潜像保持体とトナー(トナー担持体)にある間隙
を設け、これらに非対称の交流パルスバイアスを印加し
、高抵抗−成分トナーの飛翔を制御する提案がなされて
いる。その時の波形の模式図を第2図に示す。このよう
に、非画像部にトナーの付着を防止するために、交番バ
イアス電圧の絶対値を低(抑え、さらに現像側電圧を小
さくする現像方法では、十分な画像濃度を得られない場
合がある。
その他の交番電界としては、インプレッション現像法(
USP 34056112号明細書等)、ジャンピング
現像法(特開昭55−18656〜18659号公報等
)などに提案されているものがある。特にジャンピング
現像法はトナー担持体と潜像保持体との最接近部である
現像領置でトナー担持体と潜像保持体との間に印加され
た交流バイアス電圧によりトナーがトナー担持体と潜像
保持体との間を往復運動し、最終的に潜像パターンに応
じて選択的に潜像保持体面に移行付着し、顕像化される
。これらはデユーティ比は50%で現像側時間と逆現像
側時間が同一である(第3図参照)。
この現像法の場合、現像側バイアス電圧が大きいため、
ベタ潜像(高電位領域)の現像性は高い一方で、低電位
領域の逆現像側バイアスが大きいため、現像されたトナ
ーが過剰にはぎ取られ階調性のない画像となる傾向であ
る。
またその電圧(00分及びAC(V、、&周波数))設
定の許容範囲が狭い。すなわち、電圧を調整(DC分を
下げる又はAC分を上げる等)し、濃度を上げようとす
ると、地肌汚れ(白地カブリ)が生じてしまう。ACの
周波数を高めると白地カブリには有効だが、文字やライ
ンの再現性が劣って(細って)しまう。
しかし、前記ジャンピング現像法に関する特許で画像濃
度調整のため、現像剤の残量に応じてトナー担持体と潜
像保持体との間に印加される交番バイアス電圧のデユー
ティ比を制御するものもある(特開昭80−73647
号公報等)。
ここで「交流バイアス電界のデユーティ比」は下式のよ
うに定穆する。
電界極性が正・負交互に周期的に変化する交流バイアス
の1周期分に於てトナーを潜像保持体側へ移行させる方
向の極性の電界成分(現像側バイアス成分)の印加時間
。この時直流バイアス電界は除去している。
b:逆にトナーを潜像保持体側から引き離す方向の極性
の電界成分(逆現像側バイアス成分)の印加時間 また現像側バイアス成分とは、潜像保持体の潜像電位な
り6(極性は正)とし、用いるトナーの極性を負とした
際の第4図におけるaの部分のことをいい、逆現像側バ
イアス成分とは第4図におけるbの部分のことをいう。
上記2つの現像法を改良する手段として現像側バイアス
印加の際、その現像電界を高くし、そして現像側時間を
短時間に設定することにより画像濃度が高く、階調性が
得られ、カブリのない画像が得られるようになる。
しかしながら、このような現像法を用いた画像形成方法
で繰り返し使用していると画像濃度の低下、カブリの増
加、あるいは解像力、ライン再現性が悪化するなどして
画質が劣化して(ることがあった。
この時、現像器中のトナーの粒度分布を測定したところ
、初期に比べ変化しており、画質の劣化はトナーの選択
的現像によるものであるとか判明した。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、上述のごとき現像方法において、磁性
トナーをトナー担持体上に均一にトナーコートさせるこ
と及び磁性トナーをトナー担持体上に均一に過不足なく
安定に帯電させることを、長期にわたり同時に解決し、
磁性トナーの飛翔をより効率的にする画像形成方法及び
画像形成装置を提供するものである。
更に本発明の目的は、画像濃度が高く、細線再現性、階
調性に優れ、カブリがなく鮮明な高画質の画像が長期に
わたって得られる画像形成方法及び画像形成装置を提供
するものである。
更に他の目的は、担持体メモリを防止または低減させる
画像形成方法及び画像形成装置を提供するものである。
更に他の目的は、低湿下に於いても、画像濃度が高く、
カブリのない鮮明な高画質の画像が得られる画像形成方
法及び画像形成装置を提供するものである。
[課題を解決するための手段及び作用コ本発明は、静電
荷像を保持する静電像保持体と、磁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、磁性トナーをトナー担持体上に前記間隙よ
りも薄い厚さに規制して現像部に搬送し、現像部におい
てトナーに交番電界をかけながら現像する画像形成方法
において、 ■ 該トナー担持体が、不定形粒子によるブラスト処理
を施し、同時にあるいはその上に定形粒子によるブラス
ト処理を施した表面、もしくは定形粒子によるブラスト
処理を施した表面を有し、■ 該交番電界が直流電圧と
非対称交番電圧から成り、直流バイアス電圧を含む交番
バイアス電圧の現像側電圧成分を逆現像側電圧成分(は
ぎ取り電圧成分)と同じかそれより大きくし、かつ現像
側電圧の印加時間を逆現像側電圧のそれよりも小さくな
るものとし、 ■ 該磁性トナーが、5μm以下の粒径の磁性トナー粒
子を12個数%以上含有し、8〜12.7μmの粒径の
磁性トナー粒子を33個数%以下含有し、16μm以上
の粒径の磁性トナー粒子を2.0体積%以下で含有し、
磁性トナーの体積平均粒径が4〜10μmである粒度分
布を有する ことを特徴とする画像形成方法及び画像形成装置に関す
る。
トナー担持体に於いては、その表面が定形ブラスト処理
により粗しが施しであるので、全くの平滑な表面を有す
るトナー担持体と比較すると、本発明に係るトナー相持
体は、磁性トナーをトナー担持体に均一にトナーコート
させる性能がすぐれている。
更に磁性トナーに対する摩擦帯電付与能力という点でも
すぐれている。
現像時の交番電界に於いて、非対称現像バイアスを用い
ているので、トナーを効果的に飛翔させる点で優れてお
り、高濃度とカブリの低減を両立することができる。
磁性トナーにおいては、体積平均粒径が4〜lOμmで
あり、特定の粒度分布を有するために、本発明のトナー
担持体を用いても、トナーコート層が過剰に厚くなる事
が防止され、従ってトナーコートムラが発生せず長期に
わたって、均一にトナーコートを形成することができる
更に非対称現像バイアスによって効果的に現像される。
その結果、画像濃度が高く、細線再現性、階調性に優れ
、カブリがなく、鮮明で高画質な画像を長期にわたって
得ることができる。
以下本発明について具体的に説明する。また、トナー担
持体を以下スリーブと称する。
本発明中のスリーブは、複数の球状痕跡窪みによる凹凸
を形成した表面を有するが、その表面状態を得る方法と
しては、定形粒子によるブラスト処理方法が使用出来る
。定形粒子としては、例えば、特定の粒径を有するステ
ンレス、アルミニウム、鋼鉄、ニッケル、真鍮の如き金
属からなる各種剛体球またはセラミック、プラスチック
、グラスビーズの如き各種剛体球を使用することができ
る。
また、不定形粒子によるブラスト処理を行ったランダム
な凹凸を形成した表面の上に更に定形粒子によるブラス
ト処理を行うことによっても本発明のスリーブは得るこ
とができる。
また不定形粒子と定形粒子を同時に用いて行うブラスト
処理方法も可能である。
不定形粒子としては任意の砥粒を使用することができる
特定の粒径を有する定形粒子を用いて、スリーブ表面を
ブラスト処理することにより、はぼ同一の直径Rの複数
の球状痕跡窪みを形成することができる。
本発明において、スリーブ表面の複数の球状痕跡窪みの
直径Rは20〜250μmが好ましく、直径Rが20μ
m未満であると、磁性トナー中の成分による、汚染を増
す為好ましくない。逆に直径Rが250μmを超えると
、スリーブ上のトナーコートの均一性が低下し好ましく
ない。定形粒子とじては、実質的に表面が曲面からなり
、長径/短径の比が1〜2(好ましくは、1〜1.5、
さらに好ましくは1〜1.2)の球状または回転楕円体
状粒子が好ましい。従って、スリーブ表面のブラスト処
理時に使用する定形粒子は、直径(または長径)が20
〜250amのものが良い。
定形粒子によるブラスト処理を施したスリーブ表面の凹
凸のピッチP及び表面粗さdは、スリーブの表面を微小
表面粗さ計(発売元、テイラーホプソン社、小板研究所
等)を使用して測定し、表面粗さdは、10点平均あら
さ(RZ) rJIs B 0601Jによるものであ
る。
断面曲線から基準長さ1だけ抜き取った部分の平均線に
平行な直線で高い方から3番目の山頂を通るものと、深
い方から3番目の谷底を通るものの、2直線の間隔をマ
イクロメータ(μm)で表わしたものである。基準長さ
J2 = 0.25mmとする。
ピッチPは凸部が両側の凹部に対して0.1μ以上の高
さのものを、一つの山として数え基準長さ0.25mm
の中にある山の数により、下記のように求めたものであ
る。
[250(μ)]/ [250(μ)に含まれる山の数
(μ)]本発明において、定形粒子によるブラスト処理
スリーブ表面の凹凸のピッチPは、2〜100μが好ま
しく、Pが2μ未満であると、磁性トナー中の成分によ
るスリーブ汚染が増す為好ましくない。逆にPが100
μを超える場合であると、スリーブ上のトナーコートの
均一性が低下し、好ましくない、スリーブ表面の凹凸の
表面粗さdは0.1〜5μmが好ましく、dが5μmを
超える場合は、スリーブと潜像保持体との間に交番電圧
を印加してスリーブ側から潜像面へ磁性トナーを飛翔さ
せて現像を行う方式にあっては、凹凸部分に電界が集中
して画像に乱れを生じる傾向となるので、好ましくない
。逆にdが0.1μ未満であると、スリーブ上のトナー
コートの均一性が低下して好ましくない。
また不定形粒子によるブラスト処理と定形粒子によるブ
ラスト処理を併用する場合には、不定形粒子による適度
の粗さを残し、尖鋭な微細突起な鈍化することが必要で
ある。
従って不定形粒子によるブラスト処理をした上に定形粒
子によるブラスト処理を重ね打ちをすることが好ましい
また、定形ブラスト粒子が不定形ブラスト粒子より大き
いことが好ましく、特に1〜20倍であることが好まし
く、更に好ましくは1.5〜9倍である。
また定形粒子による瓜ね打ち処理を行う際には処理時間
、処理粒子の衝突力の少なくとも一つを不定形粒子ブラ
ストのものよりも小さくすることも好ましい。
また本発明者らは、スリーブ表面の粗し状態とその性能
について検討したところ以下のことが知見された。
以下、不定形粒子によるブラスト処理を施したものをス
リーブA1定形粒子によるブラスト処理を施したものを
スリーブB、上記三者のブラスト処理を併用したものを
スリーブCとし、各スリーブの表の面の粗し状態の模式
図を第5図(スリーブA)、第6図(スリーブB)、第
7図(スリーブC)に示す。
スリーブのトナーコート安定性という点ではスリーブA
、スリーブCは優れており、トナー、使用状況によって
はスリーブBはやや劣る。これは、スリーブ表面がより
鋭い粗しの方が搬送能力に優れていることが一つの要因
として考えられる。
スリーブのトナーへの摩擦帯電付与能力という点では、
スリーブB、スリーブCが優れ、スリーブBは特に優れ
ている。これは、スリーブ表面がより滑らかな方が、効
果的にトナーを摩擦帯電するからである。
従って、スリーブB、スリーブC上のトナーは均一に摩
擦帯電され、安定して十分な帯電量をもつことができる
しかしながら、逆にトナーあるいは、使用状況によって
は、帯電過剰となり濃度低下、トナー担持体メモリとい
う現象を生じることがあり、スリーブBの方がその危険
性は高く、スリーブBの場合には帯電過剰によるトナー
コートムラを生じることもある。
以上のようにスリーブB、Cはトナーコート安定性、摩
擦帯電付与能力のバランスが良くとれており、特にスリ
ーブCは良い。
ところで、磁性トナーに於いてはトナー担持体上では穂
(磁性トナー粒子が、磁界によりトナー鎖を形成する。
)を形成した状態でトナー粒子がコートされている。
また現像時に於いては、トナー粒子−個一個が飛翔する
のではなくある程度穂の状態を維持しながら飛翔する。
従って、潜像が顕像化される場合には、穂の形状の影響
が画質上に現われることになる。つまり長い穂、太い穂
などがある場合は、尾引き、飛び敗り、つぶれ等の画像
欠陥が現われ解像度、細線再現性の低下が見られる。
この穂の形成には、トナー粒子の帯電量、粒径などが主
な因子として働く。例えばトナー粒子が均一にかつ十分
に帯電されると、穂の長さ、太さ等がそろい、画質の向
上がもたらされる。
また本発明に用いられる磁性トナーのような粒度分布を
有したものは穂が細(、短く、(穂の状態)、密(以下
の疎密は、単位面積当りの穂の密度を示す)な状態で形
成されるので画質の向上に効果がある。
一方、トナー粒子の帯電が不均一、つまり帯電不良の粒
子が生じると、カブリの原因となるばかりでなく、穂の
形成にも乱れを生じ、長い、短い、太い、細いなどの穂
が混在する様になり画質の低下をもたらす。
また、トナー粒子が十分に帯電されずに、トナー全体の
電荷量が低くなる場合には、穂の乱れに加え、疎な状態
となり、高い画像濃度は望めなくなる。逆にトナー粒子
が過剰に帯電されると、穂を形成しない粒子がスリーブ
表面に付着したり、穂が異常に密になるなどしてトナー
コートにムラを生じるようになる。
スリーブAの場合には、その表面が尖鋭であるのでトナ
ー粒子と、スリーブの接触機会は少なく、帯電不良の粒
子を生じ、穂の乱れを生じゃすく、画質へ悪影響を及ぼ
す、また、トナー粒子の帯電量の立ち上りも−遅く、穂
が疎となり、初期の濃度薄やカブリを生じることがあり
、トナーによっては、トナー層に十分な電荷量がもたら
されずに立ち上ることもなく、濃度の低い状態が続くこ
ともある。このことからもスリーブAにおいては帯電過
剰によるトナーコート不良が生じることもごくまれであ
り、この点に於いてもトナーコートの安定性が得られる
ところが、スリーブB、スリーブCの場合には、その表
面が滑らかであるのでトナー粒子とスリーブとの接触帯
電が効率良くトナーの帯電を均一にかつ十分にもたせる
ことができ、穂も均一かつ密となり、高画質が得られる
。また、トナー粒子の帯電量の立ち上りも早く初期から
高濃度のカブリのない画像が得られる。逆に、摩擦帯電
付与能力に優れている反面、トナーを過剰に帯電させる
恐れがあり、本発明に於ける磁性トナーの場合にはその
傾向があり、粒径の小さな、帯電量の高い粒子が現像時
に消費されないと、スリーブ近傍に固着するようになり
、先に述べた濃度低下、担持体メモリを生じるようにな
る。
またスリーブBの場合には、特に摩擦帯電付与能力が大
きく、トナー粒子の摩擦帯電度合が大きく、上記の弊害
も出やすく局部的にトナー粒子の付着が起き、穂が異常
に密な状態となってスリーブコートムラを生じることが
あるが、これは16μmの粒子が多い時に発生しやすい
すなわち、スリーブCの場合には、不定形粒子ブラスト
による尖突な微細突起を、定形粒子ブラストによフて鈍
化されるため、その表面状態が滑らかになるので帯電付
与能力も向上し、トナーを効率的に摩擦帯電を行うこと
ができる。更に不定形粒子ブラストによる粗さが残るの
でトナーの搬送能力は維持され、均一なトナーコートを
することができ、また過度の摩擦帯電も抑えられ、帯電
過剰による弊害を軽減(画像濃度低下、担持体メモリ)
、防止(トナーコートムラ)できるものである。
従って本発明の磁性トナーの高画質化を促進する効果は
、トナー担持体上の穂の形成をより均一にすることで達
成される。
本発明に係る磁性トナーにおいては、体積平均粒径が4
〜10μmであることが一つの特徴である。
本発明に係るスリーブ(スリーブB)は、複数の球状痕
跡窪みによる特定の凹凸の表面を有しているが、磁性ト
ナーをスリーブ上に均一にコートさせる性能としては、
不定形粒子によるサンドブラスト処理による凹凸表面を
有するスリーブ(スリーブA)と比較すれば、体積平均
粒径が11μmを超えるトナーを使用した場合、特定環
境下で若干劣る実験結果が得られた。体積平均粒径が1
1μmを超える磁性トナーを温度15℃以下、湿度10
%以下の特定の環境下で、スリーブA、スリーブB、ス
リーブCを各々有する現像装置に適用して空回転を行う
と、スリーブ上の単位面積当りのトナー層の重量M/S
が、スリーブBでは1.6〜2.3mg/cm2で、ス
リーブCでは1.0〜2.0mg/cm”で、スリーブ
Aでは0.6〜1.5a+g/ca+’であり、スリー
ブBのトナーコートが厚く、更に空回転を長時間続ける
と、スリーブBでは、トナーコートムラが発生する場合
がある事が確認された。
ところが、本発明者らの検討によれば、理由は必ずしも
明確ではないが、体積平均粒径が4〜10μmである磁
性トナーを用いて、同様の実験を行ったところ、スリー
ブBの場合でもスリーブ上のM/Sが0.7〜1.5B
/cm”で、トナーコート厚が低く押えられることが判
明し、その結果更に、空回転を長時間続けたが、スリー
ブコートムラが発生せず、トナーコート厚の低減が長期
にわたるトナーコートの均一化に極めて効果のある事実
を知見した。
従って本発明の磁性トナーにより、スリーブBはスリー
ブC並のトナーコート安定性が得られる。しかしながら
、帯電量が大きくなるトナーを用いた場合には、スリー
ブBのトナーコート安定性はスリーブCに比較して若干
劣っていた。
本発明者らは、トナー粒径と現像バイアスに於ける現像
性の関係を見る為に0.5μm〜30tLmにわたる粒
度分布を有する磁性トナーを用いた検討を行った。これ
はトナー担持体、潜像保持体間(約250μm)に一定
の現像側電圧(約1ooov )をパルス状に与えた場
合、トナーが潜像保持体に付着し始める(転写、定着後
の画像で画像濃度で1.0以上となる様にする。)パル
ス巾とトナーの粒度分布を見るものである。すなわち潜
像保持体の表面電位を一定にし、パルス巾を変化させ潜
像を現像し、潜像保持体上の現像されたトナー粒子を集
めトナー粒度分布を測定したところ、パルス巾200μ
s以下では8μm以下の磁性トナー粒子が多く、さらに
5μm以下の磁性トナー粒子が多いことが判明した。ま
た、パルス巾をさらに小さくしてゆくと5μm以下の磁
性トナー粒子が増加してゆく知見も得られた。
すなわち、粒径の小さいトナーはど潜像保持体へ到達す
る時間が早いことが判る。従って現像側バイアス印加の
際、その現像電界を高く、そして短時間に設定すること
によって粒径の小さなトナー粒子を遭択的に現像するこ
とができる。
また逆現像側バイアス印加時には、はぎとり電界を低く
そして長時間に設定することにより、現像側バイアス時
に潜像保持体まで到達できなかった大きなトナー粒子或
いは帯電量の低いトナー粒子(移動速度が遅い)をトナ
ー担持体に時間をかけてしっかりと戻す。この際、潜像
担持体上に於いて画像部の粒径の小さなトナー粒子は、
鏡映力が強いことと、はぎとり電界、が低いこと等によ
り、はとんどはぎとられないが、飛散等によって非画像
部に付着したかすかな帯電量の小さなトナー粒子(カブ
リトナー粒子)は鏡映力が弱い為、はぎとり電界によっ
てトナー担持体上に引き戻される。
また一般にトナー粒子の粒径が小さくなると単位体積当
りの表面積が大きくなるので、単位重量当りの帯電量は
太き(なる。このようなことから、粒径の小さなトナー
粒子が飛翔しやすい一つの原因として、帯電量が大きい
ことが考えられる。
以上のように本発明の特徴とする現像バイアスを用いた
現像法により階調性が得られ、画像濃度が高くカブリの
ない画像が得られる。
しかしながらこのような現像法では粒径の大きなトナー
粒子あるいは、摩擦帯電が不十分であるトナー粒子がト
ナー担持体上の磁性トナー中に多く含有されているとこ
れらの粒子は現像されずに残留するとともに他のトナー
粒子の摩擦帯電を阻害し、悪循環となり、磁性トナーの
粒度分布に変化をきたし、画質劣化を引き起こす。
一方、0.5μm〜30μmにわたる粒度分布を有する
磁性トナーを用いて、今回は感光体上の表面電位を変化
し、多数のトナー粒子が現像され易い大きな現像電位コ
ントラストから、ハーフトーンへ、さらに、ごくわずか
のトナー粒子しか現像されない小さな現像電位コントラ
ストまで、感光体上の表面電位を変化させた潜像を現像
し、感光体上の現像されたトナー粒子を集め、トナー粒
度分布を測定したところ、8μm以下の磁性トナー粒子
が多く、特に5μm以下の磁性トナー粒子が多いことが
判明した。すなわち、現像にもっとも適した5μm以下
の粒径の磁性トナー粒子が感光体の潜像の現像に円滑に
供給される場合に潜像に忠実であり、潜像からはみ出す
ことなく、真に再現性の優れた画像がえられるものであ
る。
一方、粒径に関し本発明の磁性トナーにおいては、5μ
m以下の粒径の磁性トナー粒子が12個数%以上である
ことが一つの特徴である。従来、磁性トナーにおいては
5μm以下の磁性トナー粒子は、帯電量コントロールが
困難であり帯電過剰となり易かった。このため5μm以
下のトナー粒子は現像スリーブ等への鏡映力が強くなり
スリーブ表面に固着して、他の粒子の摩擦帯電を阻害し
、帯電不良のトナー粒子を発生させ、ガサツキ、濃度低
下を引き起こす場合もあり、積極的に減少することが必
要であると考えられていた。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、5μm以下
の磁性トナー粒子が高品質な画質を形成するための必須
の成分であることが判明した。
本発明の現像法では5μm以下のトナー粒子を効率良く
飛翔させるのでスリーブ表面への固着を防止することが
できる。
また、本発明の磁性トナーに於いては、8〜12.7μ
mの範囲の粒子が33個数%以下であることが一つの特
徴である。これは、前述のごとく、5μm以下の粒径の
磁性トナー粒子の存在の必要性と関係があり、5μm以
下の粒径の磁性トナー粒子は、潜像を厳密に覆い、忠実
に再現する能力を有するが、潜像自身において、その周
囲のエツジ部の電界強度が中央部よりも高く、そのため
、潜像内部がエツジ部より、トナー粒子ののりがうずく
なり、画像濃度が薄く見えることがある。特に、5μm
以下の磁性トナー粒子は、その傾向が強い。
しかしながら、本発明者らは、8〜12.7μmの範囲
のトナー粒子を33個数%以下で含有させることによっ
て、この問題を解決し、さらに鮮明にできることを知見
した。すなわち、8〜12.7μmの粒径の範囲のトナ
ー粒子が5μm以下の粒径の磁性トナー粒子に対して、
適度にコントロールされた帯電量をもつためと考えられ
るが、潜像のエツジ部より電界強度の小さい内側に供給
されて、エツジ部に対する内側のトナー粒子ののりの少
なさを補つて、均一なる現像画像が形成され、その結果
、高い濃度で解像性及び階調性の優れたシャープな画像
が提供されるものである。
なお、5μm以下の粒径の粒子について、12〜60個
数%かつ体積平均粒径が7〜10μmである場合にはそ
の個数%(N)と体積%(V)との間に、 N/V=−0,04N+k (但し、4.5≦に≦6.5.12≦N≦60)なる関
係を本発明の磁性トナーが満足していることも好ましい
。この範囲を満足する粒度分布の本発明の磁性トナーは
より優れた現像性を達成しつる。
本発明者らは、5μm以下の粒度分布の状態を検討する
中で、上記式で示すような、最も目的を達成するに適し
た微粉の存在状態があることを知見した。すなわち、 
12≦N≦60のあるNの値に対して、N/Vが大きい
ということは、5μ石以下の粒子まで広く含んでいるこ
とを示しており、N/vが小さいということは、5μm
付近の粒子の存在率が高く、それ以下の粒径の粒子が少
ないことを示していると解され、Nが12〜6oの範囲
にある場合にはN/Vの値が2.1〜5.82の範囲内
にあり、且つ上記関係式をさらに満足する場合には、良
好な細線再現性及び高解像性が達成される。
また、16μm以上の粒径の磁性トナー粒子については
、2.0体積%以下にし、できるだけ少ないことが好ま
しい。
本発明のトナーの構成について、詳しく説明をする。
5μm以下の粒径の磁性トナー粒子が全粒子数の12個
数%以上であることが良く、好ましくは12〜60個数
%が良く更に好ましくは17〜50個数%が良い。5μ
m以下の粒径の磁性トナー粒子が12個数%以下である
と、高画質に有効な磁性トナー粒子が少なく、特に、コ
ピーまたはプリントアウトをつづけることによってトナ
ーが使われるに従い、有効な磁性トナー粒子成分が減少
して、本発明で示すところの磁性トナーの粒度分布のバ
ランスが悪化し、画質がしだいに低下してくる。また、
60個数%以上であると、磁性トナー粒子相互の凝集状
態が生じやすく、本来の粒径以上のトナー塊となるため
、荒れた画質となり、解像性を低下させ、または潜像の
エツジ部と内部との濃度差が大きくなり、中ぬけ気味の
画像となる場合もある。
本発明者らの検討によれば、5JLm以下の磁性トナー
粒子が画出し耐久中のスリーブ上の磁性トナーの体積平
均粒径を安定化する必須の成分であることが判明した。
画出し耐久を行うと現像にもっとも適した5pm以下の
粒径の磁性トナー粒子が多く消費される為に、この量が
少ないと、スリーブ上の体積平均粒径が次第に巨大化し
、スリーブ上M/Sが増大し、スリーブコートの均一化
を困難にする傾向を生ずる。
また、8〜12.7μmの範囲の粒子が33個数%以下
であることが良(、好ましくは1〜33個数%が良い。
33個数%より多いと、画質が悪化すると共に、必要以
上の現像、すなわち、トナーののりすぎが起こり、トナ
ー消費量の増大をまね(。
一方、1個数%以下であると、高画像濃度が得られにく
くなることもある。また、5μm以下の粒径の磁性トナ
ー粒子群の個数%(N%)1体積%(V%)の間に、N
/V =−0,04N + kなる関係があり、4.5
≦に≦6.5の範囲の正数を示す。好ましくは4.5≦
に≦6.0である。先に示したように、12≦N≦60
であり、この時の体積平均粒径は7〜lOμmである。
k<4.5では、5.0μmより小さな粒径の磁性トナ
ー粒子数が少なく、画像濃度、解像性、鮮鋭さで劣った
ものとなる傾向にある。従来、不要と考えがちであった
微細な磁性トナー粒子の適度な存在が、現像において、
トナーの最密充填化を果たし、粗れのない均一な画像を
形成するのに貢献する。特に細線及び画像の輪郭部を均
一に埋めることにより、視覚的にも鮮鋭さをより助長す
るものである。すなわち、k<4.5では、この粒度分
布成分の不足に起因して、これらの特性の点で劣ったも
のとなる傾向にある。
別の面からは、生産上も、k<4.5の条件を満足する
には分級等の条件が厳しくなる方向であり、収率及びト
ナーコストの点でも不利なものとなる。また、k>6.
5では、必要以上の微粉の存在によって、くり返しコピ
ーをつづけるうちに、粒度分布のバランスが崩れ、トナ
ーの凝集度が上がったり、摩擦帯電が有効に行なわれな
かったりして、クリーニング不良やカブリを発生するこ
とがある。
また、16μm以上の粒径の磁性トナー粒子が2.0体
積%以下であることが良く、さらに好ましくは1.0体
積%以下であり、さらに好ましくは0.5体積%以下で
ある。2.0体積%より多いと、細線再現における妨げ
になるばかりでなく、転写において、感光体上に現像さ
れたトナー粒子の薄層面に16μm以上の粗めのトナー
粒子が突出して存在することで、トナー層を介した感光
体と転写紙間の微妙な密着状態を不規則なものとして、
転写条件の変動をひきおこし、転写不良画像を発生する
要因となる。
更に本発明の画像形成方法では16μm以上のトナー粒
子は十分な帯電量をもてないと潜像保持体上に飛翔でき
ずに、トナー相持体上に多く残留し、粒度分布に変化を
きたしたり、他のトナー粒子の摩擦帯電を阻害し、現像
能力を低下させたり、穂の形状を乱し、画質劣化の原因
となることが多い。
また16μm以上の粒径の磁性トナー粒子は5μm以下
の粒径の磁性トナー粒子とは逆に、画出し耐久を行って
も相対的に消費されにくく、2.0体積%より多いと、
スリーブ上の体積平均粒径が次第に巨大化する為に、ス
リーブ上M/Sが増大し好ましくない。
本発明に於ける、磁性トナーの体積平均径は4〜10μ
m1好ましくは4〜9μmであり、この値は先にのべた
各構成要素と切りはなして考えることはできないもので
ある。体積平均粒径4μm以下では、グラフィック画像
などの画像面積比率の高い用途では、転写紙上のトナー
ののり量が少なく、画像濃度の低いという問題点が生じ
ゃすい。これは、先に述べた潜像におけるエツジ部に対
して、内部の濃度が下がる理由と同じ原因によると考え
られる。体積平均粒径10μm以上では解像度が良好で
なく、また複写の初めは良くとも使用をつづけていると
粒度分布に変化をきたし画質低下を発生しやすい。
特定の粒度分布を有する本発明の磁性トナーは、感光体
上に形成された潜像の細線に至るまで、忠実に再現する
ことが可能であり、網点およびデジタルのようなドツト
潜像の再現にも優れ階調性及び解像性にすぐれた画像を
与える。さらに、コピーまたはプリントアウトを続けた
場合でも高画質を保持し、かつ、高濃度の画像の場合で
も、従来の磁性トナーより少ないトナー消費量で良好な
現像をおこなうことが可能であり、経済性および、複写
機またはプリンター本体の小型化にも利点を有するもの
である。
本発明の磁性トナーに適用される現像方法に於いては上
記の効果をより有効に発揮できるものである。
トナーの粒度分布は種々の方法によって測定できるが、
本発明においてはコールタ−カウンターを用いて行った
すなわち、測定装置としてはコールタ−カウンターTA
−II型(コールタ−社製)を用い、個数分布0体積分
布を出力するインターフェイス(日科機製)及びCX−
1パーソナルコンピユータ(キャノン製)を接続し、電
解液は1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCJ水溶
液を調製する。例えば、l5OTON■−II (コー
ルタ−サイエンティフィックジャパン社製)が使用でき
る。測定法としては前記電解水溶液100〜150mj
t中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベ
ンゼンスルホン酸塩を0.1〜5mj)加え、さらに測
定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は
超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記コー
ルタ−カウンターTA−II型により、アパチャーとし
て100μアパチヤーを用いて、個数を基準として2〜
40μの粒子の粒度分布を測定して、それから本発明に
係るところの値を求めた。
本発明に於いて現像工程を実施した装置を具体的な一例
として挙げ、これを第1図に示し、本発明の構成につい
てさらに詳しく説明するが、これは本発明をなんら限定
するものではない。
第1図に於いて1は転写方式電子写真法に於ける回転ド
ラム式等の潜像保持体(謂る感光体)転写方式静電記録
法に於ける回転ドラム式等の絶縁体、エレクトロファッ
クス法に於ける感光紙、直接方式静電記録法に於ける静
電記録紙等の潜像保持体でその面に図に省略した潜像形
成プロセス機器或いは同プロセス機構で静電気潜像が形
成され、矢印方向に面容動じている。
2は現像装置の全体符号、21はトナーを収容したホッ
パ、22はトナー相持体(現像剤層支持部材)としての
回転円筒体(以下スリーブと記す)で内部に磁気ローラ
等の磁気発生手段23を内蔵させである。
該スリーブ22は図面上その略左半周面をホッパ21内
に略左半周面をホッパ外に露出させて軸受支持させてあ
り、矢示方向に回転駆動され24はスリーブ22の上面
に下辺エツジ部を接近させて配設したトナー塗布部材と
してのドクターブレード、27はホッパ内トナーの攪拌
部材である。
スリーブ22はその軸線が潜像保持体1の母線に略平行
であり、且つ潜像保持体1面に借手な間隙αを存して接
近対向している。
潜像保持体1とスリーブ22の各面穆動速度(周速)は
路間−であるか、スリーブ22の周速が若干早い。又潜
像保持体1とスリーブ22間には交番バイアス電圧印加
手段S0と直流バイアス電圧印加手段Slによって、直
流電圧と交流電圧が重畳印加される。
而してスリーブ22の略左半周面はホッパ21内のトナ
ー溜りに常時接触していて、そのスリーブ面近傍のトナ
ーがスリーブ面にスリーブ内磁気発生手段23の磁力で
磁気付着層として、又静電気力により付着保持される。
スリーブ22が回転駆動されるとそのスリーブ面の付着
トナー層がドクターブレード24位置を通過する過程で
各部略均−厚さの薄層トナー層T、として整層化される
。トナーの帯電は主としてスリーブ22の回転に伴なう
スリーブ面とその近傍のトナー溜りのトナーとの摩擦接
触によりなされ、スリーブ22の上記トナー薄層面はス
リーブの回転に伴ない潜像保持体1面側へ回転し、潜像
保持体1とスリーブ22の最接近部である現像領域部A
を通過する。この通過過程でスリーブ22面側のトナー
薄層のトナーが潜像保持体1とスリーブ22間に印加し
た直流と交流電圧による直流と交流電界により飛翔し現
像領域部Aの潜像保持体1面と、スリーブ22面との間
を往復運動する。そして最終的にはスリーブ22側のト
ナーが潜像保持体1面に潜像の電位パターンに応じて選
択的に移行付着してトナー像T2が順次に形成される。
現像領域部Aを通過してトナーが選択的に消費されたス
リーブ面はホッパ21のトナー溜りへ再回転することに
よりトナーの再供給を受け、現像領域部Aへは常にスリ
ーブ22のトナー薄層T1面が回転し、繰り返し複写工
程が行なわれる。
ところでこのような現像方式(1成分非接触現像法)を
採用した場合に於ける問題の1つとしてスリーブ表面近
傍のトナーの付着力増大による現像性低下現象が起こる
場合がある。つまりスリーブ22の回転によりトナーと
スリーブが常に接触摩擦し、次第のトナーの帯電量が大
きくなることでスリーブとの静電気力(クーロン力)が
増大し、潜像保持体1へのトナーの飛翔力が弱まり、ス
リーブ近傍に滞留し、他のトナーの摩擦帯電を阻害し、
現像性低下を生じる現象である。これは、低湿下や複写
工程の繰り返しにより発生する。また同様のメカニズム
から前述の担持体メモリも生ずる。本発明に用いられる
スリーブでは摩擦帯電が効率的であり、トナー担持体上
のトナーの帯電量を十分にもたせ、トナーのもつ摩擦帯
電能力を発揮させ、現像性向上に効果がある一方で上記
の現象を生じる傾向にある。
さて、トナーをスリーブから潜像保持体1へ飛翔させる
力は交流バイアス電界によって充分に潜像面へ到達し得
るべく加速度aを与えねばならない。トナーの重量なm
としてその力fは、f=m”aで与えられる。トナーの
電荷なqとし、スリーブとの距離をd、交番バイアス電
界なEとすされ、スリーブとの静電吸着力と電界力との
かね合いてトナーの潜像面への到達力が決定される。
ここでスリーブ近傍に集まり易い5μm以下のトナーも
飛翔させるには、電界を大きくすればよい。しかし、単
純に現像側バイアス電圧を上げることは、潜像パターン
に関係なく潜像側へ飛翔することになり5μm以下のト
ナー粒子はその傾向が強く、地力ブリが問題となる。さ
らに、逆現像バイアス電圧を大きくすることで地力ブリ
は防止できるが潜像保持体1とスリーブ22間に交番バ
イアス電界を大きく印加すると直接潜像保持体1とスリ
ーブ22間で放電が発生し、著しく画像性を乱してしま
う。
また、逆現像バイアス電圧も大きくしていくと、非潜像
部のみならず、潜像パターンに現像したトナーをもはぎ
取る結果となり潜像保持体への鏡映力が比較的弱い8〜
12.7μmのトナー粒子がとり除かれ、潜像部のトナ
ーののりが悪くなり、顕像パターンも乱してしまい、階
調性、ライン再現性が悪化し中ヌケ等が発生しやすくな
る。
以上の結果から、交番バイアス電界をあまり大きくせず
、かつ逆現像側バイアス電圧を低く抑えて、スリーブ近
傍のトナーを飛翔・往復運動させる必要がある。
そこで本発明では、交番バイアス電界の大きさだけでな
く、印加時間t、制御する現像バイアスに適合する摩擦
帯電量をトナー担持体上で有することができる画像形成
方法にすることで本目的を達成した。つまり、交番バイ
アスの周波数は変えずに現像側バイアス電界を大きくし
、かつ現像側バイアス電界の印加時間を短くし、それに
伴って逆現像側バイアス電界を低く抑えて、その印加時
間を長くするという交番バイアスのデユーティ比を制御
する方法を用いた。
ここで「交流バイアス電界のデユーティ比」は下式のよ
うに定義する。
a:電界極性が正・負交互に周期的に変化する交流バイ
アスの1周期分に於てトナーを潜像保持体側へ容性させ
る方向の極性の電界成分の印加時間。この時直流バイア
ス電界は除去している。
b:逆にトナーを潜像保持体側から引き離す方向の極性
の電界成分の印加時間 この方式を用いることで現像側バイアス電界を十分強く
することによってスリーブ上の画質を向上させる為に必
須の成分である5μm以下のトナー粒子を効果的に飛翔
往復運動させることに合致し、スリーブ表面への付着を
防止するに至った。
すなわち、画像濃度低下、担持体メモリを生じにくくな
る。
さらに、逆現像側バイアス電界は低く抑えられても、逆
に十分長い時間印加されることで潜像パターン以外に付
着した余剰トナーを潜像保持体1から引き離す力が得ら
れ、地力ブリを防止できる。
この時、逆現像側バイアス電界は低く抑えられているの
でトナーののりの為の必須成分である8〜12.7pm
のトナー粒子がはぎとられることはない。−例として第
8図に本発明に用いられる交番バイアス電圧の波形を示
す。
つまり、逆現像側バイアス電界は弱くても時間を長くす
ることで潜像保持体から引き離す力の実効値は同じにな
っている。かつ、潜像パターンに現像したトナー像をも
乱すこともないため階調性のある良好な画像性を得るに
至った。
ところで、本発明に用いられるスリーブは、摩擦帯電付
与能力に優れており、本発明の磁性トナーを均一に帯電
させるので、本発明の現像交番電界により、良好な現像
性が得られる。従ってカブリがな(濃度の高い画像が得
られると共に階調性、解像力、細線再現性に優れた高画
質が得られる。
すなわち5IL+n以下のトナー粒子は現像側バイアス
により効率的に消費され高画質を達成し、本発明のスリ
ーブでもスリーブ近傍に固着することもなく、画像濃度
低下、トナー担持体メモリ等も生じにくい。また8〜1
2.7μmのトナー粒子についても同様のことが言え、
現像側バイアスにより、十分に現像され高濃度8階調性
を達成し、更に逆現像側バイアスによって潜像保持体に
よりはぎ取られることもなくなり、中ヌケ、ラインの乱
れ等を生じることもない。
また本発明の現像バイアスでは、穂が飛翔し、穂の先端
が潜像保持体に接触した際に先端付近のトナー粒子、あ
るいは粒径の小さな粒子、帯電量の大きな粒子は、鏡映
力により潜像保持体に付着し、顕像化が行われるが、穂
の後端の粒子あるいは帯電量の低い粒子などは逆現像側
バイアスによりトナー担持体上に引き戻され、穂の形状
が破壊される方向にあり穂の影響による尾引き、飛び散
りが軽減されるが本発明のスリーブと磁性トナーでは、
元々穂が均一かつ小さな状態で形成されているのでその
効果は大きい。
また、本発明の特定の表面を有するスリーブ上の特定の
粒度分布をもった磁性トナーは、本発明の現像側バイア
スによって次々と潜像に供給されるので、トナーののり
不足となることはない。
本発明によれば交番バイアス電界の現像側バイアス電界
が強くスリーブ近傍のトナーも飛翔できることから、ス
リーブ近傍の電荷量の大きいトナーがより強く潜像パタ
ーンに現像される。そのため弱い潜像パターンにも高い
電荷量のトナーの静電気力により強く付着することがで
き、画像的にもエツジ効果のある解像度の良好な現像が
でき、高画質化を実現する為の有効成分である5μm以
下の磁性トナー粒子を効果的に利用でき、著しく良好な
画質を得ることができる。
本発明に用いられる現像法に於いてはスリーブ22と潜
像保持体lとの間隙は、実施例に於いては0、3mmで
行ったが0.1mmから0.5mmまで本発明による現
像方式により十分な現像が可能である。
従来の現像方式に比べ、現像側バイアスが太き(なるた
め、スリーブ22と潜像保持体1との間隙が大きくても
現像できる結果である。
交番バイアス電圧の絶対値が1.OkV以上であれば十
分満足できる画像が得られる。さらに、潜像保持体への
リークを考慮すれば、交番バイアス電圧の絶対値は1.
okV以上、 2.OkV以下が望ましい。ただし、こ
のリークもスリーブ22と潜像保持体1との間隙により
変動することは同然である。
次に交番バイアス周波数は1.okHzから5.0kH
zが好ましい。周波数が1 、0kHz以下になると、
階調性が良くなるが、地力ブリを解消するのが困難とな
る。これは、トナーの往復運動回数が少ない低周波領域
では非画像部でも現像側バイアス電界による潜像保持体
へのトナーの押しつけ力が強くなり過ぎ、逆現像側バイ
アス電界によるトナーのはぎ取り力によっても完全に非
画像部に付着したトナーを除去できないためと考えられ
る。そして、周波数が5.0kHz以上になるとトナー
が潜像保持体に充分接触しないうちに逆現像側のバイア
ス電界が印加されることになり現像性が著しく低下する
。つまりトナー自身が高周波電界に応答できなくなる。
特に本発明によれば交番バイアス電界の周波数は1.5
kHzから3 kHzで最適な画像性を示した。
最後に本発明の交番バイアス電界波形を満足するデユー
ティ比は略50%未満であればいいが、画像性も考慮す
ると、lO%≦デユーティ比≦40%であることが良い
。デユーティ比が40%を超えると、前述の欠点が目立
ち始め、本発明の更なる高画質化への効果が弱められる
。デユーティ比10%未満になると、上記でも説明した
トナー自身の交番バイアス電界応答性が悪くなり現像性
が低下してしまう。特にデユーティ比の最適値は15%
≦デユーティ比≦35%である。
更に交番バイアス波形は矩形波、サイン波、のこぎり波
、三角波等の波形が適用できる。
本発明において磁性トナーに使用される結着樹脂として
、例えば、スチレン、0−メチルスチレン、m−メチル
スチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン
、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3.4
−ジクロルスチレン、p−エチルスチレン、2.4−ジ
メチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−ter
t−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−
n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−
n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、等の
スチレンおよびその誘導体;エチレン、プロピレン、ブ
チレン、イソブチレンなどのエチレン不飽和モノオレフ
ィン類;ブタジェン等の不飽和ポリエン類;塩化ビニル
、塩化ビニリデン、臭化ビニル、沸化ビニルなどのハロ
ゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベ
ンジェ酸ビニルなどのビニルエステル類;メタクリル酸
メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、
メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メ
タクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタ
クリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリ
ル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミ
ノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのメ
タクリル酸エステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸
エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル
、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アク
リル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アク
リル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アク
リル酸フェニルなどのアクリル酸エステル類;ビニルメ
チルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチ
ルエーテルなどのビニルエーテル類;ビニルメチルケト
ン、ビニルへキシルケトン、メチルイソプロペニルケト
ンなどのビニルケトン類;N−ビニルビロール、N−ビ
ニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニル
ピロリドンなとのN−ビニル化合物;ビニルナフタリン
類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル
アミドなどのアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体;
アクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、フマル酸な
どのカルボキシル基を有するビニル化合物誘導体;マレ
イン酸ハーフエステル、フマル酸ハーフエステルの如き
ハーフエステル;マレイン酸無水物、マレイン酸エステ
ル、フマル酸エステル誘導体;等のビニル系化合物から
なるモノマー成分を含む単重合体、共重合体;ポリエス
テル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラ
ール、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、へロバラフイン、パラフィンワックス等;が単独
で、或いは、混合して使用できる。
なかでも、現像特性を考慮するとスチレン系樹脂、アク
リル系樹脂、ポリエステル系樹脂が結着樹脂として特に
好ましく用いられる。
上述した様な結着樹脂は、トナーとしての耐オフセット
性を考慮した場合、以下に例示するような架橋剤で架橋
された重合体であることがさらに好ましい。
芳香族ジビニル化合物、例えば、ジビニルベンゼン、ジ
ビニルナフタレン等;アルキル鎖で結ばれたジアクリレ
ート化合物類、例えば、エチレングリコールジアクリレ
ート、1.3−ブチレングリコールジアクリレート、1
.4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタ
ンジオールジアクリレー)、1.6−ヘキサンジオール
ジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレー
ト、及び以上の化合物のアクリレートをメタアクリレー
トに代えたもの;エーテル結合を含むアルキル鎖て結ば
れたジアクリレート化合物類、例えば、ジエチレングリ
コールジアクリレート、トリエチレングリコールジアク
リレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、
ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリ
エチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピ
レングリコールジアクリレート、及び以上の化合物のア
クリレートをメタアクリレートに代えたもの;芳香族基
及びエーテル結合を含む鎗で結ばれたジアクリレート化
合物類、例えば、ポリオキシエチレン(2)−2,2−
ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレー
ト、ポリオキシエチレン(4)−2,2−ビス(4−ヒ
ドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、及び、以
上の化合物のアクリレートをメタアクリレートに代えた
もの;さらには、ポリエステル型ジアクリレート化合物
類、例えば、商品名MANDA  (日本化薬)が掲げ
られる。多官能の架橋剤としては、ペンタエリスリトー
ルトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリ
レート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テ
トラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエス
テルアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートを
メタアクリレートに代えたものニトリアリルシアヌレー
ト、トリアリルトリメリテート:等が掲げられる。
これらの架橋剤は、他の千ツマー成分100部に対して
、0.O1〜5部程度(さらには0.03〜3部程度)
用いることが好ましい。
これらの架橋剤のうち、トナー用樹脂に、定着性、耐オ
フセット性の点から好適に用いられるものとして、芳香
族ジビニル化合物(特にジビニルベンゼン)、芳香族基
及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化
合物類が挙げられ、この両者のうち、少なくとも一方が
結着樹脂中に含まれていることが特に望ましい。
また、特に圧力定着方式に供せられるトナー用の結着樹
脂としては、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロ
ピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ア
クリル酸エステル共重合体、高級脂肪酸、ポリアミド樹
脂、ポリエステル樹脂等を、単独でまたは混合して用い
ることが好ましい。
本発明の磁性トナーに含まれる磁性材料としては、マグ
ネタイト、マグヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、及
び他の金属酸化物を含む酸化鉄;Fe、 Co、 Ni
のような金属、或いは、これらの金属とAj、 Go、
 Cu、 Pb、 Mg、 Ni、 Sn、 Zn、 
Sb、 Be。
Bi、 Cd、 Ca、 Mn、 Se、 Ti、 W
、 Vのような金属との合金、及びこれらの混合物等が
挙げられる。
これらの強磁性体は、平均粒径が0.1〜2μm程度で
、10KOe印加での磁気特性が抗磁力20〜1500
e飽和磁化50〜200emu/g (好ましくは50
〜100ea+u/g) 、残留磁化2〜2oemu/
gのものが望ましい。
また本発明の磁性トナーは1.荷電制御剤をトナーに内
添または外添して用いることが好ましい0本発明に用い
る正荷電制御剤としては公知のものが使用でき例えば、
ニグロシン及びその脂肪酸金属塩等による変性物、四級
アンモニウム塩、ジオルガノスズオキサイド、ジオルガ
ノスズボーレート等を単独あるいは2種以上組み合せて
用いる事ができる。これらの中でもニグロシン系、四級
アンモニウム塩が特に好ましく用いられる。
また、−綴代 %式% で表わせる千ツマ−の単重合体、または前述した様なス
チレン、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルな
どの重合性モノマーとの共重合体を正荷電性制御剤とし
て用いる事ができ、この場合、結着樹脂(の一部または
全部)としての作用をも有する。
一方本発明に用いる負荷電性制御剤としては公知のもの
が使用でき、例えばカルボン酸屈導体及びこの金属塩、
アルコキシレート、有機金属錯体、キレート化合物等を
単独あるいは2 fff1以上組み合せて用いる事がで
きる。これらの中でも、アセチルアセトン金属錯体、サ
リチル酸金属錯体、ナフトエ酸金属錯体、モノアゾ金属
錯体が特に好ましく用いられる。
本発明のトナーにおいては、必要に応じ、着色剤として
、任意の適当な顔料や染料を使用することが可能である
また本発明のトナーには、必要に応じて添加剤を混合し
てもよい。この様な添加剤としては、例えばテフロン、
ポリフッ化ビニリデン、脂肪酸金属塩の如き滑剤二酸化
セリウム、チタン酸ストロンチウム、炭化ケイ素等の研
摩剤;コロイダルシリカ、アルミナ、或いは、シリコー
ンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリ
ング剤、官能基を有するシランカップリング剤で処理さ
れたシリカ、アルミナ等の流動性付与剤、ケーキング防
止剤:カーボンブラック酸化スズ等の導電性付与剤;或
いは、低分子量ポリエチレンなどの定着助剤等がある。
また、熱ロール定着時の離型性を良くする目的で、低分
子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロ
クリスタリンワックス、カルナバワックス、サゾールワ
ックス等のワックス状物質を、本発明のトナーに0.5
〜5重量%程度加えることも出来る。
本発明に係るトナーを製造するにあたっては、上述した
様なトナー構成材料をボールミルその他の混合機により
充分混合した後、熱ロールニーダ−、エクストルーダー
の熱混練機を用いて良く混練し、冷却固化後、機械的な
粉砕、分級によってトナーを得る方法が好ましく、他に
は、結着樹脂溶液中に構成材料を分散した後、噴露乾燥
することによりトナーを得る方法;或いは結着樹脂を構
成すべき単量体に所定の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;
或いはコア材、シェル材から成るいわゆるマイクロカプ
セルトナーにおいて、コア材或いはシェル材、或いはこ
れらの両方に所定の材料を含有させる方法二等の方法が
応用できる。
なお、本発明において担持体上のトナー層の電荷量はい
わゆる吸引式ファラデーケージ法を使用して求めた。こ
の吸引式ファラデーケージ法は、その外筒をトナー担持
体に押しっけて担持体上の一定面積上のすべてのトナー
を吸引し、内筒のフィルターに採集してフィルターの重
量増加分よりトナー担持体上の単位面積当りのトナー層
の重量を計算することができる。それと同時に外部から
静電的にシールドされた内筒に蓄積された電荷量を測定
することによってトナー担持体上の電荷量を求めること
ができる方法である。
本発明において、細線再現性は次に示すような方法によ
って測定を行った。すなわち、正確に幅100μmとし
た細線のオリジナル原稿を、適正なる複写条件でコピー
した画像を測定用サンプルとし、測定装置として、ルー
ゼックス450粒子アナライザーを用いて、拡大したモ
ニター画像から、インジケーターによって線幅の測定を
行う。このとき、線幅の測定位置はトナーの細線画像の
幅方向に凹凸があるため、凹凸の平均的線幅をもって測
定点とする。これより、細線再現性の値(%)は、下記
式によって算出する。
本発明において、解像力の測定は次の方法によって行っ
た。すなわち、線幅および間隔の等しい5木の細線より
なるパターンで、1 amの間に2.8.3.2.3.
6.4.0.4.5.5.0.5.8.8.3.7.1
゜8.0.9.0.10.0本あるように描かれている
オリジナル画像をつくる。この10種類の線画像を有す
るオリジナル原稿を適正なる複写条件でコピーした画像
を、拡大鏡にて観察し、細線間が明確に分離している画
像の本数C本/ml11)をもフて解像力の値とする。
この数字が大きいほど、解像力が高いことを示す。
(以下余白) [実施例] 以下本発明を実施例により更に具体的に説明するが、こ
れは本発明をなんら限定するものではない。なお以下の
配合における部数はすべて重量部である。
まず、本発明の画像形成に実施した画像形成装置に用い
たスリーブについて説明する。
1産五上 内部に磁石を有する、直径32mmの円筒状のステンレ
ススリーブ(SOS 304)の表面を、不定形粒子と
して#400 (粒径35〜45μm)のAI!aOs
を用い、吹きつけノズル径7φ、距離150mm 、エ
アー圧3、5kg/m”、吹きつけ時間60秒の条件で
ブラスト処理を行った。これをスリーブ1とする。
該スリーブ表面の断面図を模式的に示した図が第5図で
ある。
1産五上 製造例1で用いたスリーブの表面を定形粒子として#3
00 (53〜62ILm)のガラスピーズ(長径/短
径の比が実質的に1.0の真球粒子)を用い、製造例1
と同条件でブラスト処理を行った。これをスリーブ2と
する。
このスリーブ表面の窪みの直径Rは、53〜62μmで
凸凹のピッチPは33pmで表・面粗さdは2.0μm
であった。
該スリーブ表面の断面図を模式的に示した図が第6図で
ある。
■1d肌旦 製造例1で得られたスリーブ1の表面を定形粒子として
#100 (150〜180gm)のガラスピーズ(真
球粒子)を用い、空気圧を3.0kg/lo”とする他
は製造例1と同条件でブラスト処理を行った。これをス
リーブ3とする。
該スリーブ表面の断面図を模式的に示した図が第7図で
ある。
1遣旦A 製造例1で得られたスリーブ1の表面を定形粒子として
1200 (70〜90Pm)のガラスピーズ(真球粒
子)を用い、吹きつけ時間を30秒とする他は製造例1
と同条件でブラスト処理を行った。これをスリーブ4と
する。
■101旦 製造例1で用いたスリーブの表面を定形粒子としテ11
00 (150〜180am)7)ガラスピーズ(真球
粒子)を用い、エアー圧4.0kg/m’、吹きつけ時
間45秒の条件でブラスト処理を行った。これをスリー
ブ5とする。
このスリーブ表面の窪みの直径Rは150〜180μm
で凸凹のピッチPは52μmで表面粗さdは2.2μm
であった。
製1自辻旦 製造例1で得られたスリーブ1の表面を製造例2で用い
た定形粒子(#300)を製造例1と同条件でブラスト
処理を行った。これをスリーブ6とする。
本発明の画像形成に実施した画像形成装置について説明
する。概要は、前述した装置(第1図)で、諸元は次の
とおりである。
潜像保持体1としてセレン感光ドラムを用い潜像保持体
1とトナー担持体22の間隙αを0.3mm 。
トナー担持体22とドクターブレード24の間の距離0
.25mm、磁気ローラ23のマグネットの強さは、ス
リーブ表面上でN1極1000g100O,S+極10
00g100O。
N2極750gauss、 St極550gaussで
ある。複写速度はA4サイズ紙で毎分50枚である。
本発明の画像形成に実施した画像形成装置に用いた現像
バイアス電源について、その交番電界の波形で説明する
(波形例1) 第8図に示す波形の交番バイアス電界な印加できる現像
バイアス電源を電源1とする。
この交番電界は peak to peak  1400 V周波数  
  2000 Hz デユーティ比  20  % のものであり、+200Vの直流電圧を重畳させたもの
を、現像バイアス電源として用いた。
(波形例2) 第9図に示す波形の交番バイアス電界な印加できる現像
バイアス電源を電源2とする。
この交番電界は peak to peak  1400 V周波数  
  2000 Hz デユーティ比  30  % の交番電圧に+200vの直流電圧を重畳させたもので
これを現像バイアス電源として用いた。
(波形例3) 第10図に示す波形の交番バイアス電界を印加できる現
像バイアス電源を電源3とする。
この交番電界は peak to peak  1400 V周波数  
  2000 Hz デユーティ比  35  % のものであり、+200Vの直流電圧を重畳させたもの
を、現像バイアス電源として用いた。
(波形例4) 第11図に示す波形の交番バイアス電界を印加できる現
像バイアス電源を電源4とする。
この交番電界は peak to peak  1400 V周波数  
  2000 Hz デユーティ比  30  % のものであり、+200Vの直流電圧を重畳させたもの
を、現像バイアス電源として用いた。
(波形例5) 第12図に示す波形の交番バイアス電界な印加できる現
像バイアス電源を電源5とする。
この交番電界は peak to peak  1400 V周波数  
  2000 Hz デユーティ比  50  % のものであり、+200Vの直流電圧を重畳させたもの
を、現像バイアス電源として用いた。
次に本発明の画像形成に用いた磁性トナーについて説明
する。
上記材料をブレンダーでよく混合した後、150℃に設
定した2軸混練押出機にて混練した。
得られた混練物を冷却し、カッターミルにて粗粉砕した
後、ジェット気流を用いた微粉砕機を用いて微粉砕し、
得られた微粉砕粉を固定壁型風力分級機で分級して分級
粉を生成した。さらに、得られた分級粉をコアンダ効果
を利用した多分割分級装置(8鉄鉱業社製エルボジェッ
ト分級機)で超微粉及び粗粉を同時に厳密に分級除去し
て黒色微粉体(磁性トナー)を得た。この磁性トナーの
粒度分布を第1表に示す。
得られた黒色微粉体の磁性トナー100部に疎水性乾式
シリカ(BET比表面積300m”7g) 0.6部を
加え、ヘンシェルミキサーで混合した。
このトナーをトナー1とする。
上記材料を用いトナーの製造例1と同様にして第1表に
示す粒度分布をもつ磁性トナーを得、この磁性トナー1
00部に疎水性乾式シリカ(BET2oom2/g) 
ヲo、a部加え、ヘンシェルミキサーで混合した。
このトナーをトナー2とする。
上記材料を用いトナーの製造例1と同様にして、第1表
に示す粒度分布をもつトナー3を得た。
Σユー二盆2 上記材料を用いトナー製造例2と同様にして、第1表に
示す粒度分布をもつトナー4を得た。
トナーの製造(+15、−互 トナーの製造例1で得られた粗砕品を用いて、微粉砕分
級条件を変更する以外はトナーの製造例1と同様にして
、第1表に示す粒度分布をもつトナー5.トナー6を得
た。
本発明の実施例及び比較例に於ける画像形成の形態につ
いて第2表に示し、各画像形成形態に於ける、10.0
00枚の複写テストを行った際の結果を第3表、第4表
に示す、第3表は画像濃度及びトナー担持体の状態の結
果であり、第4表は、画像評価の結果である。
[実施例1〜8] 第3表、第4表から明らかな様に、画像品質の高い画像
が得られた。また15℃、10%RH下に於いても同様
に良好な結果が得られた。
しかし実施例5に於いては、非画像部に若干のトナーコ
ートムラが見られたが画像上には現われなかった。
[比較例1] 不定形粒子ブラスト処理スリーブを使用した例であるが
初期の濃度が薄く、尾引きが見られた。
また実施例3に比較し、階調性、カブリの点でやや劣っ
ていた。
[比較例2] デユーティ比50%の現像バイアスを使用した例である
が、尾引き、担持メモリが見られ実施例1に比較し階調
性、解像度の点で劣っていた。
[比較例3] 良好な画像であるがのりすぎによる文字のりぶれが見ら
れ、トナーの消費量が多かった。
[比較例4] 初期は良好な画像であったが、複写を繰り返すと次第に
画質が劣化していき、尾引きが目立ち、細線再現性が不
安定になり解像度が落ちた。
(以下余白) [発明の効果] 本発明は、特定の表面形状を有したトナー担持体上に特
定の粒度分布を持つ磁性トナーを担持させ非対称現像バ
イアスを用いて現像を行う画像形成方法及び画像形成装
置であるので次のような優れた効果を発揮するものであ
る。
(1)磁性トナーをトナー担持体上に均一にトナーコー
トさせ、トナー担持体上のトナー粒子を均一に過不足な
く安定に帯電させ、かつ穂の状態を均一に、細く、短く
、密に存在させ、効率的に飛翔させ、高画質化を促す、
画像形成方法及び画像形成装置である。
(2)画像濃度が高く、細線再現性、階調性に優れ、カ
ブリがなく鮮明な高画質の画像が長期にわたって得られ
る画像形成方法及び画像形成装置である。
(3)担持体メモリを防止または低減させる画像形成方
法及び画像形成装置である。
(4)低湿下に於いても、画像濃度が高く、カブリのな
い鮮明な高画質の画像が得られる画像形成方法及び画像
形成装置である。
【図面の簡単な説明】
第1図は現像装置の概略的説明図を示し、第2図、第3
図、第8図〜第12図は交番バイアス波形の模式図を示
し、第4図はバイアス成分の説明図を示し、第5図〜第
7図はスリーブ表面の粗さ状態の模式図を示す。 T・・・トナー      T、・・・トナー薄層T2
・・・トナー像     A・・・現像領域α・・・潜
像保持体とトナー担持体の間隙So・・・交番バイアス
印加手段 S、・・・直流バイアス印加手段 1・・・潜像保持体    21・・・ホッパ22・・
・トナー担持体   23・・・磁気ローラ24・・・
ドクターブレード

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)静電荷像を保持する静電像保持体と、磁性トナー
    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、磁性トナーをトナー担持体上に
    前記間隙よりも薄い厚さに規制して現像部に搬送し、現
    像部においてトナーに交番電界をかけながら現像する画
    像形成方法において、 [1]該トナー担持体が、不定形粒子によるブラスト処
    理を施し、同時にあるいはその上に定形粒子によるブラ
    スト処理を施した表面、もしくは定形粒子によるブラス
    ト処理を施した表面を有し、 [2]該交番電界が直流電圧と非対称交番電圧から成り
    、直流バイアス電圧を含む交番バイアス電圧の現像側電
    圧成分を逆現像側電圧成分(はぎ取り電圧成分)と同じ
    かそれより大きくし、かつ現像側電圧の印加時間を逆現
    像側電圧のそれよりも小さくなるものとし、[3]該磁
    性トナーが、5μm以下の粒径の磁性トナー粒子を12
    個数%以上含有し、8〜12.7μmの粒径の磁性トナ
    ー粒子を33個数%以下含有し、16μm以上の粒径の
    磁性トナー粒子を2.0体積%以下で含有し、磁性トナ
    ーの体積平均粒径が4〜10μmである粒度分布を有す
    る ことを特徴とする画像形成方法。
  2. (2)静電荷像を保持する静電像保持体と、磁性トナー
    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、磁性トナーをトナー担持体上に
    前記間隙よりも薄い厚さに規制して現像部に搬送し、現
    像部においてトナーに交番電界をかけながら現像する画
    像形成装置において、 [1]該トナー担持体が、不定形粒子によるブラスト処
    理を施し、同時にあるいはその上に定形粒子によるブラ
    スト処理を施した表面、もしくは定形粒子によるブラス
    ト処理を施した表面を有し、 [2]該交番電界が直流電圧と非対称交番電圧から成り
    、直流バイアス電圧を含む交番バイアス電圧の現像側電
    圧成分を逆現像側電圧成分(はぎ取り電圧成分)と同じ
    かそれより大きくし、かつ現像側電圧の印加時間を逆現
    像側電圧のそれよりも小さくなるものとし、[3]該磁
    性トナーが、5μm以下の粒径の磁性トナー粒子を12
    個数%以上含有し、8〜12.7μmの粒径の磁性トナ
    ー粒子を33個数%以下含有し、16μm以上の粒径の
    磁性トナー粒子を2.0体積%以下で含有し、磁性トナ
    ーの体積平均粒径が4〜10μmである粒度分布を有す
    る ことを特徴とする画像形成装置。
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