JPH04152374A - 現像装置 - Google Patents

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・静電記録法などに適用しつる新規
な現像装置に関する。

［従来の技術］ 従来、電子写真法としては米国特許２，２９７．６９１
号明細書、特公昭４２−２３９１０号公報および特公昭
４３−２４７４８号公報などに記載されている如く、多
数の方法が知られているが、一般には光導電物質を利用
し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、
ついで該潜像をトナーを用いて現像し、必要に応じて紙
などの転写材にトナー画像を転写した後、加熱、あるい
は溶剤蒸気などにより定着し複写物を得るものである。

また、電気的潜像をトナーを用いて可視化する方法も種
々知られている。

例えば米国特許第２，８７４，０６３号明細書に記載さ
れている磁気ブラシ現像法、同２．６１８，５５２号明
細書に記載されているカスケード現像法および同２２１
，７７６号明細書に記載されているパウダークラウド法
およびファーブラシ現像法、液体現像法など多数の現像
法が知られている。

これらの現像法において、特にトナーおよびキャリヤー
を主体とする現像剤を用いる磁気ブラシ法、カスケード
法、液体現像法などが広く実用化されている。これらの
方法はいずれも比較的安定に良画像の得られる優れた方
法であるが、反面キャリヤーの劣化、トナーとキャリヤ
ーの混合比の変動という２成分現像剤にまつわる共通の
欠点を有する。

かかる欠点を回避するため、トナーのみより成る１成分
現像剤を用いる現像方法が各種提案されている。例えば
、米国特許３，９０９，２５８号明細書には電気的に導
電性を有する磁性トナーを用いて現像する方法が提案さ
れている。これは内部に磁性を有する円筒状の導電性ス
リーブに導電性磁性現像剤を支持し、これを静電像に接
触せしめ現像するものである。この際現像部においてト
ナー粒子により記録体表面とスリーブ表面の間に導電路
が形成され、この導電路を経てスリーブよりトナー粒子
に電荷が導かれ、静電像の画像部との間のクーロン力に
よりトナー粒子が画像部に付着し現像される。

この導電性磁性トナーを用いる現像方法は従来の２成分
現像方法にまつわる問題点を回避した優れた方法である
か、反面トナーが導電性であるため、現像した画像を記
録体から普通紙などの最終的な支持部材へ静電的に転写
することから困難であるという欠点を有している。

静電的に転写をすることか可能な高抵抗の磁性トナーを
用いる現像方法として特開昭５２−９４１４０号公報に
はトナー粒子のｉ！分極を利用した現像方法が示されて
いる。しかし、かかる方法は本質的に現像速度が遅い、
現像画像の濃度が十分に得られないなどの欠点を有して
おり実用上困難である。

高抵抗の磁性トナーを用いるその他の方法として、トナ
ー粒子相互の摩擦、トナー粒子とスリーブとの摩擦など
によりトナー粒子を摩擦帯電し、これを静電像保持部材
に接触して現像する方法が知られている。しかし、これ
らの方法は、トナー粒子と摩擦部材との接触回数が少な
く摩擦帯電が不十分になりやすい、帯電したトナー粒子
はスリーブとのクーロン力が強まりスリーブ上で凝集し
やすい、などの欠点を有しており実用上困難な点が多い
。

特開昭５４−４３０３６号公報において上述の欠点を除
去した新規な現像方法が提案されている。これはスリー
ブ上に磁性トナーを極めて薄く塗布し、これを摩擦帯電
し、次いでこれを磁界の作用下で静電像に極めて近接し
、かつ接触することなく対向させ、現像するものである
。

この方法によれば、磁性トナーをスリーブ上に極めて薄
く塗布することによりスリーブとトナーの接触する機会
を増し、十分な摩擦ＩＦ電を可能にしたこと、磁力によ
ってトナーを支持し、かつ磁石とトナーを相対的に移動
させることによりトナー粒子相互の凝集を解くとともに
スリーブと十分に摩擦せしめていること、トナーを磁力
によって支持し、またこれを静電像に接することなく対
向させて現像することにより地力ブリを防止しているこ
となどによって優れた画像が得られるものである。

近年、この１成分磁性トナーを用いた現像方法を用いて
より細線の再現性、中間調再現性、階調再現性の向上を
目的として、使用するトナーの粒径を小さくする試みが
なされている。しかしながら、従来トナーをただ小さく
しただけでは、ｇあたりの摩擦ＩＦ電量が増加しすぎる
ため、トナー粒子がスリーブに鏡映力で強く付着するこ
とになり画像濃度の低下や画質の劣化が生じる。特に１
０μｍ以下のトナーにおいてはこの傾向が強くなり、現
像時に印加する電界の力でもスリーブ上から一切飛翔し
なくなり不動層を形成してしまう可能性がある。このよ
うな状態では、トナー粒子どうしの帯電が激しくなり、
所望する帯電極性でないトナー粒子が数多く形成される
ことになり、白地部にトナー粒子が付着するというカブ
リという現象を引き起こしてしまう。

更に、粒径の小さなトナーにおいて高濃度の画像を得よ
うとして単に磁性体量を増加させるとトナーの磁気凝集
力を増すことになり、トナーの搬送に磁界を用いるよう
な１成分トナーでは凝集したトナー粒子による画像への
悪影響は免れないものとなり高画質への要求を満たさな
い、逆に、このようなトナーの高画質化を満足させるた
めに磁性体の含有量を減らし磁気凝集力を減少させる工
夫がなされている。方法としては、磁性体の代わりに着
色剤としてカーボンを用い磁性体量を減らした磁性トナ
ー、あるいは特開昭５８−８３８５８号公報に示される
ように１０〜１１００ｎの範囲にある金属微粉末を含有
した１゜ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇ以上の飽和磁化を有する磁
性トナーが提案されている。しかしながらこのようなト
ナー粒子は表面に低抵抗の物質が存在することとなり高
温高湿の環境下においてはトナーの摩擦帯電量が急激に
減少してしまい画偉濃度の低下、静電的転写の不良を引
き起こしてしまう。

以上のように絶縁性の１成分磁性トナーを用いた現像方
式による高画質な複写を安定的に得ることには成功して
いない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は前述した従来技術の欠点を鑑み成されたもので
あって絶縁性の１成分磁性トナーを用いた現像特に体積
平均粒径が１０μｍよりも小さいトナーを用い、このト
ナーをスリーブ上に薄（塗布し、トナー粒子を摩擦帯電
し、現像に供する方法において、このトナー粒子が現像
時に印加する電界で十分飛翔可能でかつ過剰な摩擦によ
って、帯電量が異常に増加しないようにその帯電を制御
することが可能な現像装置を提供することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明を詳述すると、現像剤を担持して搬送するための
円筒状横断面形状を有する現像剤担持体を具備している
現像装置において、■前記現像剤担持体の円筒状外周表
面は、無機あるいは有機の半金属、金属または半導電体
を含む樹脂皮膜によって形成され、［２］かつ該現像剤
が１．０ｋＯｅの磁場におけるδ、が１０〜３０ｅｍｕ
／ｇであることを特徴とする。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明に用いることが可能な１成分磁性トナーの構成は
、結着樹脂として、ポリスチレン、ポリｐ−クロルスチ
レン、ポリビニルトルエン、スチレン−ｐクロルスチレ
ン共重合体、スチレンビニル共重合体などのスチレンお
よびその置換体の単独重合体およびそれらの共重合体；
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ｎ−ブチル共重合体などのスチレンとアクリル酸
エステルとの共重合体；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ｎ−ブヂル共重合体
などのスチレンとメタクリル酸エステルとの共重合体：
スチレンとアクリル酸エステルおよびメタクリル酸エス
テルとの多元共重合体；その他スチレンーアクリロニト
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−ブタジェン共重合体、スチレン−ビニル
メチルケトン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−
インデン共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重
合体などのスチレンと他のビニル系千ツマ−とスチレン
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、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリア
ミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアク
リル酸フェノール樹脂、脂肪族または脂肪環属炭化水素
樹脂、石油樹脂、塩素化パラフィン、等が単独または混
合して使用できる。

特に圧力定着に供せられるトナー樹脂として、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
などが単独または混合して使用できる。

用いる重合体、共重合体、あるいはポリマーブレンドは
、スチレンに代表されるビニル芳香族系またはアクリル
系の千ツマ−を４０ＩＩ量％以上の量で含有すると、よ
り望ましい結果が得られる。

次に本発明にかかるトナー粒子に含まれる磁性体は、鉄
、コバルト、ニッケル、銅、マグネシウム、マンガン、
アルミニウム、けい素等の元素を含む金属酸化物などが
ある。磁性体の大きさとしては、透過型電子顕微鏡によ
り得られた、１万倍の磁性体の写真を４倍に拡大し、４
万倍の写真とした後、ランダムに２５０個の磁性体を選
び、その径を実測し、その径と個数から求めた平均粒径
としての水平方向フエレ径が０．０５μｍ〜０．５μｍ
のものを用い１．０ｋＯｅの磁場を印加したときのトナ
ー１ｇあたりの磁化δ８が１０〜３５ｅｍｕ／ｇ、好ま
しくは２５　ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇ以下となるように含有
量を調整すればよい。１０ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇよりもδ
１が小さ（なると現像剤担持体であるスリーブの内部に
ある磁石によってトナー粒子が十分保持できな（なりス
リーブ回転時にトナー粒子が飛散してしまう、更に３５
ｅｍｕ／ｇ以上に６８が大きくなると従来例にも述べた
ようにスリーブ内の磁石による磁気凝集力が増加しトナ
ー粒子が磁石の磁極に対応した部分で盛り上がり穂を形
成し、この静磁場が現像時にも働くため、画像上にも穂
が形成されムラのある画像になるだけでなく、細線の再
現性も悪（なってしまう。望ましくは、２５ｅｍｕ／ｇ
以下にすることでより高精細な画像が得られる。

次に、本発明のトナーに用いる無機半導電性物質に付い
て述へる。本発明のトナーに含有することが可能な無機
半導電性物質は体積抵抗率で１０”〜１０１２Ω・ｃｍ
の値を示すものが用いられる。ｔｏ２Ω・ｃｍ未満の抵
抗率の物質を含有させるとトナーの表面抵抗が下がりす
ぎてしまい高ｆＬ環境中でトナーの？電量が低下し画像
濃度の低下を招くだけでなく、スリーブへの付着７カも
減少し飛散してしまうという問題点を生じる。また、１
０′２Ω・ｃｍを超える抵抗率の物質を含有させると、
理由は明確ではないがトナー粒子の摩擦！電量が増加し
てしまい画像濃度の低下およびトナー同士の摩擦帯電に
よるカブリという現象を生じてしまう。用いられる無機
半導電性物質は、α型Ｆｅ２０ｓすなわちヘマタイトに
代表される常磁性体の内上記の抵抗値を満足するものを
選択すればよい。例えばボロン、酸化ジルコニウムに酸
化イツトリウムをドープしたもの等がある。少なくとも
、１．０ｋＯｅの磁場のもとての磁化が１、Ｏｅｍｕ／
ｇ以下である半導電性物質であればよい。トナーに含有
する量は結着樹脂１００重量部にたいして前述の磁性体
と無機半導電性物質との合計が１５０重量部を越えない
ように設定することが好ましく、望ましくは、このうち
半導電性物質の占める割合が１０重量部以上１００重量
部以下である。ただし本発明者の検討によるとトナー粒
子の粒径を小さくしてい（と無機導電性物質の量を増加
させていくことが望ましく、トナー粒径が８ｕｍのとき
トナーとしてのδ、を１．０ｋＯｅの磁場中で３０　ｅ
　ｍ　ｕ　／　ｇ望ましくは２５ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇ以
下に成るように設定し、例えば、１．０ｋＯｅの磁場の
下で６０　ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇの磁化となる磁性体をこ
の目的に用いた場合、この磁性体の量を結着樹脂に対し
て８０重量部以下好ましくは６０重量部以下とし無機半
導電性物質の量を２０重量部以上とすることがよい。さ
らに、トナー粒径を６μｍにすると、上記の磁化を有す
る磁性体を用いた場合磁性体の量は１１０重量部以下好
ましくは８０重量部以下で無機半導電性物質の含有量は
４０重量部以上にすることが好ましい。

また、トナーは磁性体、無機半導電体の他任意の適当な
顔料や染料が着色剤として使用できる。

例えば少量のカーボンブラック、フタロシアニンブルー
　群青、キナクリドン、ベンジジンイエロー等の公知の
染顔料がある。さらに必要に応じて、荷電制御剤、結着
樹脂以外の離型剤としてのポリエチレン、ポリプロピレ
ンなどを混ぜても良い。

次に上述したトナー粒子と組み合せて用いることが可能
な現像剤担持体たるスリーブについて言及する。

本発明に用いることが可能な現像剤担持体被覆材料とし
ては、被膜形成高分子などが用いられる。

例えばスチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテルス
ルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオ
キサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、繊維素案
樹脂、アクリル系樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹
脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹
脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリ
コーン樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、光硬
化性樹脂などが使用できる。中でもシリコーン樹脂、フ
ッ素樹脂のような離型性のあるもの、ポリエーテルスル
ホン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、
ポリアミド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン
、スチレン系樹脂のような機誠的性質に秀れたものが、
より好ましい。

本発明においては、上記被覆樹脂中に帯電制御剤として
導電性のアモルファスカーボン、グラファイト、酸化チ
タン、酸化亜鉛、Ａｇ、Ｂｅ。

Ｃｕ、Ｇｅ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｉ等の比較的仕事関数の大
きい無機物、金属、金属酸化物等を混入したものを、最
終的塗料として用いる。含有する粒子の径は１０ｍμ〜
８０ｍμのものが好ましく、１５ｍμ〜４０ｍμのもの
がより好ましい。

粒子の含有量はそれぞれの材質によって異なるが最終的
に得られた塗膜の表面抵抗値が１０５Ω以下好ましくは
１０２Ω以下に入るよう適宜定めれば良い。又、スリー
ブ表面の塗膜の厚さは、０．５μｍ〜２０μｍ、好まし
くは５〜１５μｍである。

又、塗膜方法としては、ディッピング法、スプレー法、
ロールコーティング法、カーテンコート法、スパッタ法
等が有り、特に本発明にコートを施すにはディッピング
法、スプレー法が優れている。

さらに本発明におけるトナーと、スリーブコ、−ト材と
の関係について詳述すると、前述した無機半導電性物質
を含有したトナーにおいて、トナー粒径が８μｍ以上と
比較的大ぎい場合及び、無機半導電性物質の抵抗率が１
０’Ω・０ｍ以下の場合、さらには無機半導電性物質の
含有量が１５ｗｔ％以上を占める場合、コート皮膜に含
有する帯電制御剤を比較的仕事関数の小さなＡｇ、Ｃｕ
。

Ｎｉ、Ｐｂ等から選ぶ方が好ましい。

又、トナー粒径が８μｍ以下のように小さい、あるいは
無機半導電性物質の抵抗率が１０６Ω・０ｍ以上、さら
に、この含有率が１５ｗｔ％以下の場合は、カーボン、
グラファイト、Ｓｔ。

Ｇｅ、ＴｉＯ２等の材料から選ぶことが好ましい。これ
ら選ばれた帯電制御剤は単独あるいは複合して用いても
何ら問題はない。

以上述べたようにトナー材質とスリーブ上のコート材質
を適宜選択して用いることでトナー粒子の帯電量は５〜
５０μｑ　／　ｇの範囲内に収まり、現像に通した値に
恒に保たれることとなる。

次に図面に基づいて本発明の現像装置について述べる６ 第１図は本発明の現像剤担持部材が通用できる複写装置
又は記録装置の一例の概略的な構成を示すものであり、
勿論これに限定されない。

１は静電像保持体に相当し、光静電層を含む感光体ドラ
ムであり、表面に絶縁層を有するもの或は有しないもの
、いずれも使用可能で勿論ドラム状に限らずシート状、
ベルト状のものも可能である。２は周知の感光化帯電装
置、３は原稿像、又は光像、或は画像信号により変調さ
れた光ビーム等を投りする光像照射装置である。これに
より感光体１に静電像を形成する。４は現像装置であり
、現像剤担持体４ａを有していて、これにより感光体１
上の静電像に従ったトナー粒子顕画像を形成する。５は
斯かるトナー像を転写材６に転写する装置である。尚転
写性向上のため転写前にあらかじめ顕画像にコロナ放電
等により電荷を付与する場合もある。又、感光体１上の
静電像を一旦別の像担持体に移し、これを現像装置４に
より顕画像とする、所謂静電像転写方式を採用すること
も可能である。７は、トナー像を被転写部材６に定着す
るための定着装置であり、加圧もしくは加熱加圧手段を
有する少なくとも２本のローラーから成っている。８は
、転写後の感光体１上の残留トナニを清掃除去し、感光
体１の再使用のためのクリーニング装置である。

第２図に本発明で用いる現像工程の１実施形態が断面図
で示される。同図において静電像保持面１が矢印方向に
動くと、多極永久磁石９は回転しないように固定されて
いるので、現像剤担体である表面に部分的に導電材を有
する被膜のコート層を有する非磁性円筒４ｂ、静電像保
持面１と同方向に回転することにより、現像剤容器１２
から送られる一成分絶縁性磁性現像剤１１を非磁性円筒
面上に塗布し、かつ円筒面とトナー粒子との摩擦によっ
て、トナー粒子に静電像電荷と逆極性の荷電を与える。

さらに鉄製のドクターブレード１０を円筒表面に近接し
て（間隔５０μ〜５００μ）、多極永久磁石９の一つの
磁極（図示ではＳ極）位置に対向して配置することによ
りトナー層の厚さを薄く（３０μ〜３０μ）且つ均一に
規制する。この円筒４ｂの回転速度を調節することによ
り、現像剤層の表層速度及び好ましくは内部速度が静電
像保持面の速度と実質的に等速、もしくは、それに近い
速度となるようにする。ドクターブレード１０として鉄
のかわりに永久磁石を用いて対向磁極を形成してもよい
。また、現像部において、現像剤担体と静電像保持面と
の間で交流バイアスを印加してもよい。

〔実施例コ 以下、部は重量部を意味する。

東Ｊｌ丸ユ １成分磁性トナーとして、 を粉体混合して体積平均粒径８．５μｍ、トナー自体の
６ｇ　１７．６　ｅ　ｍ　ｕ　／　ｇのトナーを得た。

次にスリーブ表面材質として を混合した塗料を用い膜厚１０μｍ厚に形成したものを
用いて、前述した構成の現像装置の現像剤担持部材とし
た。

この現像剤担持部材をキャノン製ＮＰ６６５０のスリー
ブ４ｂとして用い現像装置を作り、本実施例の現像剤を
用いて画像形成を行った所、現像剤担持部材上のトナー
粒子の帯電量（比電荷、トリボ）は、−５μｑ　／　ｇ
〜−Ｉ５μｑ／ｇの狭い範囲に入っており、正極性の帯
電をしたトナーはわずかばかりしかなく、画像の切れも
良く、白地部へのトナー付着もなく、高画質が得られた
。

見立■ユ １成分磁性トナーとして を粉体混合して体積平均粒径６．５μｍ、トナー自体の
６ｍ　２０．Ｏｅｍｕ／ｇのトナーを得た。

次にスリーブ表面材質として を混合して塗料を作製し、この塗料を３２　ｍ　ｍφの
アルミニウムスリーブ上に塗工し、１０μｍ厚の塗膜を
形成してスリーブを得た。

このスリーブとトナーを用い実施例１と同様にＮＰ−６
６５０で画出しを行った所、トナー粒子の帯電量は６〜
１２μｑ／ｇで良好なカブリのない画像を得た。

去」ｌ性旦 １成分磁性トナーとして を粉体混合して、体積平均粒径５．０μｍ、トナー自体
のδ＊　１７．５ｍｍｕ／ｇのトナーを作製した。

次にスリーブ表面材質として （溶剤　　　　　　　　　　　　　　　７０部を混合し
て塗料を作製し、３２ｍｍφアルミスリーブ上に塗工し
、１２μｍ厚の塗膜を得た。さらに、この表面を、６０
０番のサンドペーパーで研磨し、ニッケル粒子が塗膜表
面に出るようにした。

このトナーとスリーブを用い実施例１と同様にＮＰ−６
６５０で画圧しを行った所、トナーのトリボは−８〜−
３０μｑ／ｇの間に収まり、カブリのない良好な画像を
得た。

比較例１ 実施例１〜３のトナーを用い、スリーブにアルミニウム
単体を用いたところ、それぞれのトナー粒子のトリボが
一５０μｑ　／　ｇを越えるものがあり、かつ連続で画
出しを行ったところ、スリーブ上にトナーの不動層がで
き、正極性トナーも若干比き上っていた。

比較例２ 実施例１〜３の１−ナーから無機半導電剤を抜き、さら
にスリーブにアルミニウム車体のスリーブを用いた所、
トナー粒子中に１００μｑ　／　ｇを越えるトリボのも
のが現われ、初期から白地カブリやトナーの不動層か出
き、良好な画像は一切得られなかった。

［発明の効果］ 以上、本発明によれば、１成分磁性トナー中に無機半導
電物質を含有させ、このトナーを、表面が部分的に導電
材でおおわれたスリーブを用いて現像に供することで、 １）トナー粒子の帯電量を一５０μｑ／ｇ以下で所望の
値に制御できる、 ２）トナー粒子のＩＦ電量が増加しすぎない為、スリー
ブへのトナー融着もなく安定した現像が可能である、 ３）スリーブ上の不動トナーがない為に白地へのカブリ
が大幅に減少する、 という優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る現像方法が適用可能な複写装置ま
たは記録装置の一例の概略的な構成図、第２図は本発明
で用いる現像工程の１実施形態の断面図である。 １・・・感光ドラム　　　　４・・・現像装置４ａ・・
・現像剤担持体　　４ｂ・・・非磁性円筒９・・・マグ
ネットロール １０・・・ドクターブレード １１・・・絶縁性磁性トナー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）現像剤を担持して搬送するための円筒状横断面形
   状を有する現像剤担持体を具備している現像装置におい
   て、［１］前記現像剤担持体の円筒状外周表面は、無機
   あるいは有機の半金属、金属または半導電体を含む樹脂
   皮膜によって形成され、［２］かつ該現像剤が１．０ｋ
   Ｏｅの磁場におけるδ＿ｓが１０〜３０ｅｍｕ／ｇであ
   ることを特徴とする現像装置。