JPH03259161A - 非磁性一成分現像剤 - Google Patents

非磁性一成分現像剤

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JPH03259161A
JPH03259161A JP2057727A JP5772790A JPH03259161A JP H03259161 A JPH03259161 A JP H03259161A JP 2057727 A JP2057727 A JP 2057727A JP 5772790 A JP5772790 A JP 5772790A JP H03259161 A JPH03259161 A JP H03259161A
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菊地 廣光
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誠 渡辺
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山田 富美雄
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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、電子写真方式による複写機や静電記録装置に
用いられる現像剤、並びに現像方法に関し、より詳細に
は、画像濃度、解像度、階調性等の画像特性に優れた非
磁性−成分現像剤、並びに該現像剤を用いた現像方法に
関する。
〔従来の技術〕
電子複写機や静電記録装置に用いられる現像方法として
、搬送部材によって現像剤を搬送し、この現像剤によっ
て感光体上に形成された静電潜像を可視偉化する方法は
周知である。
この現像方法では、一般に、トナーのみからなる一成分
系の現像剤、あるいはトナーとキャリヤーからなる二成
分系の現像剤が用いられている。
近年、装置を小型化でき、保守が容易であるという利点
より、トナーのみからなる一成分系の現像剤を用いた各
種の現像方式が提唱されている(米国特許第3,909
,258号、米国特許第4.121,931号など)。
ところで、−成分系現像剤として、磁性粉を含んだ磁性
−成分現像剤があるが、これは、比較的比抵抗の小さい
磁性トナーを用いるので、静電潜像上の現像像を普通紙
等の支持部材へ静電的に転写することが困難であり、ま
た、l・ナーに多量の磁性粉を含有させるため、カラー
トナーが得られない。
そこで、最近、磁性粉を含有せず、比抵抗の大きな非磁
性−成分現像剤を用いた現像法が注目を集めている。こ
の非磁性−成分現像剤は、通常、結着樹脂とカーボンブ
ラック等の着色剤を含むものであり、カラー化への対応
に有利である。
非磁性−成分現像剤(以下、非磁性トナーともいう)を
用いた現像法は、例えば、第1図に示す現像装置を使用
して以下のように行なうものである。
すなわち、感光体lの近傍に設置したトナー容器2内に
、感光体1と圧接して現像ロール3、およびトナー補給
ロール4が設けられており、現像ロール3には、電tA
5により現像バイアスが印加されている。
また、トナー容器2内には、非磁性トナーよりなる一成
分現像剤6が収容されていて、トナー補給ロール4の回
転により、当該ロール4の表面に供給されたトナー6が
現像ロール3との接触面に搬送される。さらに、非磁性
トナーは、現像ロール3の回転とともに感光体1側へ運
ばれ、感光体1の表面に形成された静電潜像が現像され
るようになっている。
この現像方法においては、現像ロール3上に均一な厚さ
でかつ薄い非磁性トナー層を形成させることが重要であ
り、このために現像ロール3の表面に付着する非磁性ト
ナー層の厚さを均一に規制する層厚規制部材7が設けら
れている。
しかし、この現像方法に、従来二成分系現像剤に用いら
れてきた結着樹脂と着色剤からなるトナーを一戒分現像
剤として用いると、トナー補給が不安定で、現像ロール
上に薄い均一なトナー層を形成することが極めて困難で
あり、十分な摩擦帯電が起らず、画像濃度の低い、地肌
汚れの多い貧弱な画像しか得られない。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、トナー補給が安定であり、現像ロール
上に薄い均一なトナー層が得られ、感光体上の静電潜像
に対し、再現良く、かつ、十分なトナーが現像ロールよ
り移行することにより、画像濃度が高く、しかも地肌汚
れ等の欠点がない非磁性−成分現像剤を提供することに
ある。
また、本発明の目的は、このような優れた特性を有する
非磁性−成分現像剤を用いた現像方法を提供することに
ある。
さらに、本発明の目的は、特に、トナーの極性が感光体
上の静電潜像の極性と同一である反転現像方式による現
像方法、および/または、感光体上の静電潜像と現像ロ
ールを直接接触させて現像する現像方法を提供すること
にある。
本発明者らは、前記従来技術の有する問題点を克服する
ために鋭意研究した結果、非磁性トナーの形状、粒径、
粒径分布、帯電量等を特定の限られた範囲に制御するこ
とにより、前記目的を達成できることを見出し、その知
見に基づいて本発明を完成するに至った。
[課題を解決するための手段] かくして、本発明によれば、現像ロールおよび該現像ロ
ール上に供給する現像剤の層厚を均一に規制する現像ブ
レードを備えた現像装置によって、感光体上に形成され
た静電潜像を現像剤により現像する方法で用いられる現
像剤において、現像剤が結着樹脂と着色剤を含み、 (a)体積平均粒径(dv)が5〜15μmの範囲で、
(b)体積平均粒径(dv)と個数平均粒径(dn)の
比(dv/dn)が1.00〜1.40の範囲であり、
(c)粒子の絶対最大長を直径とした円の面積(Sc)
を粒子の実質投影面積(Sr)で割った値(Sc/Sr
)が1,00〜1.30の範囲、かつ、 (d)BET法による比表面積(A)  (rrf/g
)、個数平均粒径fdn) (μm)および真比重(D
)の積(A*dn*D)が5〜10の範囲の実質的に球
形で、さらに、 (e)帯電量(Q) (LLc/ g )と比表面積(
A)の比(Q/A+が15〜70の範囲にある、ことを
特徴とする非磁性−成分現像剤が提供される。
また、本発明によれば、前記の現像方法において、現像
剤として前記非磁性−成分現像剤を用いることを特徴と
する現像方法が提供される。
特に、この現像方法として、感光体上の静電潜像の極性
と非磁性−成分現像剤の極性とが同一である反転現像方
式により現像する方法、また、感光体上の静電潜像と現
像ロールを直接接触させて現像する方法が提供される。
さらに、この実質的に球形の非磁性−成分現像剤は、ビ
ニル系単量体と着色剤を含む均一混合液を懸濁重合法に
よって重合することにより製造することができる。
ここで、本発明における現像剤の物性測定方法および測
定装置は、下記の通りである。
S c / S rは、画像処理解析装置により下記の
条件で測定し解析した値である。
画像処理解析装置:ルーゼックスIID(@ニコレ製) フレーム面積に対する粒子の面積率:Max2%1−一
タル処理粒子数: 1.000個(S c / S r
値は、1000個の個数平均値で示す。) また、BET法比表面積(A)は、動性製作所製の比表
面積自動測定装置2200型を用いて測定した値であり
、体積平均粒径(dv)および個数平均粒径(dn)は
、コールタ−カウンター(モデルTA−■型、■日科機
製)により測定した値であり、真比重は、ベックマン比
重計により測定した値である。
以下、本発明について詳述する。
(非磁性−成分現像剤) 従来、トナーは、一般に、結着樹脂と着色剤を含む混合
物を溶融混練し、次いで冷却してから粉砕機で粉砕し、
分級して粒径を揃えることにより調製していた。ところ
が、このような粉砕方式により得られるトナーは、粒子
形状が不定形であり、粒子の絶対最大長を直径とした円
の面積(Sc)を粒子の実質投影面積(Sr)で割った
値(Sc/Sr)は一般に1.3を越えるものとなる。
また、BET法比表面積(A)が大きくなり、比表面積
(A)  (r11’/g)、個数平均粒径(dn) 
(μm)および真比重(D)の積(A*dn*D)の値
は10を越えるものとなる。
上記のような形状、性質を持つトナーは、流動性が悪く
、前記現像方法における現像剤として使用した場合には
、現像ロール上に供給されるトナー層が不均一となり、
画像濃度が低(、しかも濃度ムラ、地肌汚れが多い画像
となってしまう。
一方、本発明の非磁性トナ〒は、粒子の絶対最大長を直
径とした円の面積(Sc)を粒子の実質投影面積(Sr
)で割った値 (Sc/Sr)が1.00〜1.30の
範囲にあり、かつ、BET法による比表面積(A)(ボ
/g)、個数平均粒径(dn)(um)および真比重(
D)の積(A*dn*D)が5〜10の範囲の、実質的
に球形な粒子であるため、その流動性は極めて良好であ
る。
さらに、上記の実質的に球形のトナーの中でも、その体
積平均粒径(dv)が5〜15μmの範囲、体積平均粒
径(dv)と個数平均粒径(dn)の比(dv/dn)
が1.00〜1.40、好ましくはi、oo〜1.25
の範囲で、かつ、ブローオフ法(キャリヤーTEFV1
50/250、トナー濃度5%、150rpm回転で3
0分間混合撹拌後に測定)による帯電量(Q)(μc/
g)と比表面積(A)の比(Q/A)が15〜70、好
ましくは20〜60の範囲の特性を備えたトナーを前記
現像方法における現像剤として使用すると、現像ロール
上に均一な薄いトナー層が形成され、感光体上の潜像へ
のトナーの乗りが良(、しかも粒子表面の電荷が一定か
つ均一であるため、転写工程におけるトナーの転写効率
が高くなる。その結果、画像濃度が高い、ちり、ムラの
ない鮮明な像が形成されるる。
また、本発明の非磁性トナーを用いると、現像ロール上
とトナー層厚規制部材間での摩擦帯電性も、一定かつ均
一となり、感光体上の静電潜像と現像ロールを直接接触
させる接触現像方式を採用しても、地肌汚れが生じない
感光体上の現像像を紙等の支持体上に転写する転写工程
後のブレード等によるクリーニング工程においても、本
発明の非磁性トナーは、はとんど感光体上より除去され
、わずかに除去されずに感光体上に残留したトナーも、
次の現像工程で現像と同時に現像ロールで除去されるた
め、長期連続現像でも安定した良好な画像が得られる。
これらの優れた作用効果は、非磁性トナー粒子の形状、
粒径、粒径分布、帯電量等が相互にバランスした結果、
初めて得られるものである。
前記の形状係数 (Sc/Srlおよび積(A*dn*
D)の条件を満足しない粒子をトナーとして用いると、
転写効率が低く、画像濃度が不十分で、地肌汚れや画像
ムラが発生する。
体積平均粒径(dv)が5μm未満または15μmを越
える非磁性トナーでは、現像ロール上のトナー層の均一
化が得られないか、あるいは転写効率が悪くなり、十分
な画像濃度が得られない。
体積平均粒径(dv)と個数平均粒径(dn)の比(d
v/dn)が1.40を越えるような粒径分布が広いも
のでは、長期連続現像時にトナー補給が極めて不安定と
なってしまう。
帯電量(Q)(μc/g)と比表面積(A)の比(Q/
A)が15未満または70を越えるトナーを使用した場
合には、十分な画像濃度が得られなかったり、地肌汚れ
の多い画像となってしまう。また、転写後のクリーニン
グ工程においても、トナーの感光体への付着が強すぎる
ため、クリーニングブレード等により十分な除去が行な
われず、ゴースト像の発生等不具合が生じる。
(非磁性−成分現像剤の製造方法) 本発明の非磁性トナーは、ビニル系単量体と着色剤を含
む均一混合液を懸濁重合法により重合させて得ることが
できる。
具体的な懸濁重合法としては、例えば、ビニル系単量体
、着色剤、ラジカル重合開始剤、所望により各種添加剤
などを含む混合物をボールミル等で均一に分散させて均
一混合液を調製し、次いで、この均一混合液を高剪断撹
拌により水中に微細化して分散させて水分散液とし、通
常、30〜200℃の温度で懸濁重合する方法がある。
ここで用いられるビニル系単量体としては、例えば、ス
チレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン等のスチ
レン系単量体;アクリル酸、メタクリル酸;アクリル酸
メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アク
リル酸ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタア
クリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸
ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル
酸ジメチルアミンエチル、アクリロニトリル、アクリル
アミド等のアクリル酸若しくはメタクリル酸の誘導体;
エチレン、プロピレン、ブチレン等のエチレン性不飽和
モノオレフィン:塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化
ビニル等のハロゲン化ビニル:酢酸ビニル、プロピオン
酸ビニル等のビニルエステル:ビニルメチルエーテル、
ビニルエチルエーテル等のビニルエーテル;ビニルメチ
ルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケト
ン;2−ビニルピリジン、4−ビニルビリジン、N−ビ
!−ルビEEリドン等の含窒素ビ、−ル化合物等が挙げ
られる。こオlらのビニル系1flfi体は単独で用い
てもよいし、複数のq1重量を組み合わせて用いJ″1
2重合さ(でもよい。
また、1=第1らのビニル系重量体とともに、任意の架
橋剤、例りば、ジビニルベンゼン、ジビニル士フタレン
およびその誘導体等の芳香族ジビニル化合物;ユヂし・
ングリニl−ルジメタクリレート、ジエチレングリニl
−ルジメタクリレ/−ト等のジュチレン性不飽和カルボ
ン酸エステル、N、N−ジビニルアニリン、ジビニルエ
ーテル等のジビニル化合物、および:3個以上のビニル
基を有する化合物な旬1独あるいは2種以上組み合わせ
て用いることができる。
本発明に用いられる着色剤としては、例えば、カーボン
ブラック、アニリンブラック、クリスタルバイオlノッ
ト、ローダミンB、マラカイトグリーン、ニグロシン、
銅フタロシ>7ニン、アゾ染料等の顔料、染料が1種ま
たは2種以上”併用できる。
さらに、ニグロシン染料、化ツノ′・f染料、含金属染
狛1、亜鉛へ八−勺デシルザクシネート、−Jフト工酸
のアルギルニスデルまたはアルハルアミド、ニトロフミ
ン酸、N、N″−テトラメヂルジアーミンベンゾソエノ
ン、N、N’−デトラメー1ルベンジジン、トリアジン
、勺すヂル酸金属錯体等のこの分野で帯電制御剤と呼ば
れる極性の強い物質を、1種あるいは2種以上含有さゼ
てもよい。
また、本発明のJト磁性[・す・−には、帯電性、導電
性、流動性、または感光体もしくは定石′ロールへの付
着性を制御するための各種添加剤を含有さセるか、ある
いは外添することができる。
添加剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分
子量ポリエチレン、各種ワックス、ジノコーン油等の離
型剤;カーボンブラック、シリカ、アルミナ、酸化チタ
ン、酸化亜ρ1)、酸化セリウム、炭酸カルシウム等の
無機微粉末;等が挙げられる。
(現像方法) 不発明の非磁性トサーは、現像ロールおよび謡現像ロー
ル上に供給する現像剤の層厚を均一に規制する現像ブレ
ードを備えた現像装置によって、感光体表面に形成さI
]だ静電潜像を現像剤により現像する方法において用い
られる。
この場合、感光体、」二の静電潜像の極性ど引gm性−
成分世像側の極性とが同一である反転現像方式。
により現像することが好ましい。
また、感光体−ヒの静電潜像と現像ローニルを直接接触
させで現像することが好ましい。
[発明の効果1 本発明によれば、従来技術に比較し、で、現像ロールお
よび該現像ロール上に供給する現像剤の層厚を均一に規
制する現像ブレードを備えた現像装置によ−)で、感光
体上に形成された静電潜像を現像剤により現像するb゛
法で用いられる場合に、潜像上へのト→−の乗りがよく
、転石、工程におけるトナーの転写効率が高(、そのた
め画像濃度が高い、ちり、ムラのない鮮明な像が形成さ
れ、さらに地肌?ちれかない良好な1i11%1どなる
トナーが提供さオ′する。
さらにまた長期連続現像においでも画像濃度の低下、地
肌イぢ11の増大、ゴースト像の発生等のない安定した
画質を得る非磁性トナーど該1・子−を用いた見像)j
法が提供される。
〔実ガ(例] 以干に実施例および比較例を挙げ゛C本発明について具
体的に説明するが、本発明は、こ第1らの実施例のみに
限定されるものではない。また、以トの例におい又1部
および%ば、特に断りのない限り*ya基準である。
[実施例1] スチレン70部、ブチルメタクリレ−1−30部、低分
子量ポリプロピlメン4部、カーボンブラック(商品名
プリンラックス150ゴ)10部、C,1−県東fA(
1品名ポンl= o ンS−34)1.0部、2.2′
−アゾビス(2,4−ジメチルバL/ロー== トリル
)2部をボールミル分散を行なって均一混合液を得た。
次iJ、上記混合液を、リン酸カルシウム;3部を微細
に分散し、た純水3130部中に添加171、水分散液
を得た。
上記水分散液を、pH9以上の条件下に、ローターステ
ーター型ホモミキサーにより高剪断撹拌を行ない、上記
混合液を水中に微細化して分散させた。
次に、この水分散液を撹拌翼が付いた反応器に入れ、6
5℃で4時間撹拌下に重合を行なった。
このようにして得られた重合体の分散液を酸洗、水洗を
充分に行なった後、分離、乾燥してトナー材料を得た。
上記トナー材料100部に、流動化剤として疎水性シリ
カ0.2部を外添し、非磁性トナーを得た。
かくして得られた非磁性トナーは、第1表に示す特性を
有する実質的に球形の粒子であった。
次に、上記非磁性トナーを用い、基本的には第1図の構
成を有する装置であって、感光体1として有機系感光体
を用い、現像ロール3は金属芯の導電性支持体の外周面
にゴム系のトナー担持層を設けたものを用い、トナー層
厚規制部材7としてウレタン系のゴムを使用した接触現
像方式の現像機を有する装置により、画像評価を実施し
た。
得られた画像は、画像濃度が高く、地肌汚れ、ちり、ム
ラのない鮮明なものであり、2万枚の連続現像において
も安定した画質が得られた。
[実施例2] 実施例1において、Cr系染料(商品名ボントロンS−
34)1.0部に代えて、Cr系染料(商品名スビロン
ブラックTR)()0.3部を用い、分散媒として、リ
ン酸カルシウム6部が微細に分散した純水400部を使
用した以外は、実施例1と同様な方法で、実施例1にお
けるより体積平均粒径(dv)の小さいトナー材料を得
た。
上記トナー材料100部に、流動化剤としてアルミナ0
.5部を外添し、非磁性トナーを得た。
得られた非磁性トナーは5体積平均粒径(dv)が5.
9μmと微細かつ粒径分布(dv/dn比)が1.20
と狭く、第1表に示す特性を有する実質的に球形の粒子
であった。
次に、上言己非磁性トナーを用い、実施例1と同様な装
置で画像評価を行なった。
得られた画像は、画像濃度が高く、地肌汚れ、ちり、ム
ラがなく、しかも階調性、解像性の極めて優れたもので
あった。
[実施例3] 実施例1において、着色剤としてカーボンブラック(商
品名プリンテックス150T)を5部とCr系染料(商
品名ボントロンS−34)を3.0部使用した以外は、
実施例1と同様な方法で、実施例1におけるよりQ/A
比の大きなトナー材料を得た。
上記トナー材料100部に、流動化剤として疎水性シリ
カ0.6部を外添し、非磁性トナーを得た。得られた非
磁性トナーは、第1表に示す特性を有する実質的に球形
の粒子であった。
次に、上記非磁性トナーを用い、実施例1と同様な装置
!画像評価を行なった。
得られた画像は、画像濃度が高く、地肌汚れ、ちり、ム
ラのない鮮明なものであった。
[比較例1] スチレン−ブチルメタクワレート共重合体(スチレン:
ブチルメタクリレート比=70:30)100部、カー
ボンブラック(商品名キャボットBPL)10部、Cr
系染料(商品名ボントロン5−34>1部、低分子量ポ
リプロピレン4部をニーダ−にて溶融混練後、ジェット
ミルにて粉砕し、さらに風力分級によりトナー材料を得
た。
上記トナー材料100部に、流動化剤として疎水性シリ
カ0.2部を外添し、非磁性トナーを得た。得られた非
磁性トナーは、第1表に示すように形状係数(Sc/S
r)が1,53、積(A*dn*D)が14.6の不定
形の粒子であった。
次に、上記非磁性トナーを用い、実施例1と同様な装置
で画像評価を行なった。
上記非磁性トナーでは、現像ロール上のトナー層厚が不
均一となり、画像濃度が低(、しかも地肌汚れの多く、
濃度ムラがある画像となった。
2万枚の連続現像を行なったところ、時間経過とともに
、画像濃度の低下、地肌汚れの増大が極めて激しく、本
現像方式では使用に耐えないトサーであった。
[比較例2] 実施例1におい又、C,!−糸染料(商品名ボントロン
S−34)を使用しなかった以外は、実施例1と同様な
方法でトナー材料を得た。
上記トナー材料100部に、流動化剤とし2て疎水性シ
リカ0.2部を外添し、非磁性トナー、を得た。
かくして得られた非磁性トナーは、第1表に示すように
実質的に球形のトナーであったが、帯電量 (Q)(μ
e/g)と比表面積(A)の比(Q/A)が13と小さ
いものであった。
次に、上記非磁性トナーを用い、実施例1と同様な装置
で画像評価を行なった。
得られた画像は、画像濃度が低く、地肌汚れが一面に生
じ、ムラの多いものとなった。
[比較例3] 実施例1において、Cr系県東1(商品名ボントロンS
−34)1.0部に代えて、、Cr系染料(商品名スビ
ロンブラックTRH)5.0部を使用した以外は、実施
例1と同様な方法で非磁性トナーを得た。
かくしで得られたJト磁性トナーは、第1表に示すよう
に実質的に球形のトナーであ−〉だが、帯電量 (Q)
(μe / g )と比表面積(A+の比(Q/′Δ)
が79と大きなものであった。
次に、」−2非磁性トナーを用い実施例】ど同様な装置
で画像評価を行なった。
得られた画像は、画像濃度が低く、ちりが多く、しかも
トナーの感光体への付着性が高くボスト像が発生した。
(息子余白)
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の非磁性−成分現像剤を使用する現像
装置の構成例を示す概略図(部分断面図)である。 1・・・感光体、   5・・・バイアス電源、2・・
・トナー容器、  6・・・トナー3・・・現像ロール
、 7・・・トナー層厚規制部材、4・・・トナー供給
ロール。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)現像ロールおよび該現像ロール上に供給する現像
    剤の層厚を均一に規制する現像ブレードを備えた現像装
    置によって、感光体上に形成された静電潜像を現像剤に
    より現像する方法で用いられる現像剤において、現像剤
    が結着樹脂と着色剤を含み、 (a)体積平均粒径(dv)が5〜15μmの範囲で、 (b)体積平均粒径(dv)と個数平均粒径(dn)の
    比(dv/dn)が1.00〜1.40の範囲であり、 (c)粒子の絶対最大長を直径とした円の面積(Sc)
    を粒子の実質投影面積(Sr)で割った値(Sc/Sr
    )が1.00〜1.30の範囲、かつ、 (d)BET法による比表面積(A)(m^2/g)、
    個数平均粒径(dn)(μm)および真比重(D)の積
    (A*dn*D)が5〜10の範囲の実質的に球形で、
    さらに、 (e)帯電量(Q)(μc/g)と比表面積(A)の比
    (Q/A)が15〜70の範囲にある、ことを特徴とす
    る非磁性−成分現像剤。
  2. (2)ビニル系単量体と着色剤を含む均一混合液を懸濁
    重合法により重合させて得たものである請求項1記載の
    非磁性−成分現像剤。
  3. (3)現像ロールおよび該現像ロール上に供給する現像
    剤の層厚を均一に規制する現像ブレードを備えた現像装
    置によって、感光体表面に形成された静電潜像を現像剤
    により現像する方法において、現像剤として請求項1記
    載の非磁性−成分現像剤を用いることを特徴とする現像
    方法。
  4. (4)感光体上の静電潜像の極性と非磁性−成分現像剤
    の極性とが同一である反転現像方式により現像すること
    を特徴とする請求項3記載の現像方法。
  5. (5)感光体上の静電潜像と現像ロールを直接接触させ
    て現像することを特徴とする請求項3または4記載の現
    像方法。
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