JPH06230605A - 一成分非接触用トナーおよびそれを用いた現像方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 現像バイアス電圧等のコントロールを不要に
する。また，トナー粒子の微細化が図れるようにする。
また，感光体を電気的に痛めないようにし，装置の耐久
性を向上させる。また，ギャップ維持を不要とし，装置
の製造を容易にする。また，カラートナーになりやす
く，転写しやすいトナーを提供する。 【構成】 電子写真方式または静電記録方式のトナー現
像に使用される一成分非接触用トナーにおいて，潜像電
界によって分極し，潜像と逆極性の電荷を帯びる絶縁性
高誘電率の樹脂粉末から成る一成分非接触用トナー。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，一成分非接触用トナー
およびそれを用いた現像方法に関し，より詳細には，電
子写真方式または静電記録方式のトナー現像に使用され
る一成分非接触用トナーおよびそれを用いた現像方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真方式または静電記録方式の画像
形成装置では，感光体上に静電潜像を形成し，形成され
た静電潜像をトナー現像によって可視像化し，このトナ
ー像を記録紙に転写することにより画像形成を行ってい
る。このトナー現像を行う際の現像方法は，現像剤とし
てトナーのみを使用する一成分現像法と，現像剤として
トナーとキャリアを使用する二成分現像法とに大別され
る。

【０００３】一般に，一成分現像法は補給がトナーのみ
で良いので，二成分現像法に比較して装置が小型で簡単
になるという利点がある。また，一成分現像法として
は，以下に示す〜の現像方法が知られている。

【０００４】加圧現像方法‥‥非表面積および摩擦帯
電が大きいベルベットの加圧ローラーにトナーを付着さ
せて，該加圧ローラーを静電潜像（感光体）に接触させ
て現像する。

【０００５】パウダークラウド現像法‥‥極めて微細
なトナー粉末を霧状にして，潜像が作る電界中に吹き出
させて現像する。即ち，吹き出し時に凝集したトナー粉
末が分離され同時に接触摩擦で帯電する。

【０００６】マグネダイナミック法‥‥導電性スリー
ブ状に磁力によってトナーを保持し，このトナーが静電
潜像と接すると，潜像と逆の電荷が誘起され，磁気の束
縛力にクーロン力が勝り，トナーが潜像に付着する。

【０００７】ＢＭＴ法‥‥トナー粒子表面の材質の不
均一性を用いて，トナー同士の摩擦帯電によって帯電さ
せ，マグネットローラーおよびスリーブの回転により現
像領域に搬送して現像する。

【０００８】ジャンピング現像法‥‥高抵抗トナーを
スリーブとの摩擦帯電により帯電し，磁気ブレードと鏡
像力の作用でスリーブ上に約５０〜１００μｍのトナー
層を形成して感光層と２００μｍのギャップを設け，こ
の間に交流または直流のバイアス電圧を印加しトナーを
飛翔させて現像する。

【０００９】ＦＥＥＤ現像法‥‥誘電体ローラー表面
に互いに分離した微小面積の無数の電極（フロート電
極）を設けた特殊現像スリーブと感光体とを接触させて
現像する。このとき，トナー供給用のスポンジローラー
を現像スリーブに押しつけてトナーを摩擦帯電させる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来の一成分現像法によれば，摩擦帯電によってトナー
（一成分現像剤）を帯電させているが，摩擦帯電が不安
定であるため，常にトナーの帯電量を観測してその情報
に基づいて現像バイアス電圧等をコントロールする必要
があるという問題点があった。

【００１１】また，一成分現像剤であるトナーは，樹
脂，染顔料，極性制御剤，磁性体等を混合後，粉砕して
作成されており，あまり細かくすると，その中の各成分
のバランスが崩れ，帯電しなくなったり，逆極性に帯電
してしまうため，トナー粒子の微細化が図れないという
問題点があった。また，各成分のバランスが崩れたトナ
ーは，非転写トナーをクリーニングにて回収して現像部
に戻しても再使用できず，無駄が多くなるという不都合
も出てくる。

【００１２】また，従来の一成分現像法において，非接
触現像は，感光体を機械的に痛めない長所があるもの
の，現像の際に感光体に必要とされる電位が高いため，
感光体を電気的に痛め，装置の耐久性が悪くなるという
問題点があった。なお，高帯電トナーを使用してトナー
の帯電量を多くすることにより，感光体に必要とされる
電位を低くすることができるが，高帯電トナーは搬送し
にくい，放電しやすいという欠点があるため実用的でな
い。

【００１３】また，１００〜２００ミクロンギャップの
非接触現像は，そのギャップを維持するために，厳しい
機械精度を要求されるため，装置の製造が容易でないと
いう問題点があった。

【００１４】また，磁性トナーはカラートナーにできな
いという問題点や，導電性トナーは転写しにくいという
問題点もあった。

【００１５】本発明は上記に鑑みてなされたものであ
り，現像バイアス電圧等のコントロールを不要にするこ
とを目的とする。

【００１６】また，本発明は上記に鑑みてなされたもの
であり，トナー粒子の微細化が図れるようにすることを
目的とする。

【００１７】また，本発明は上記に鑑みてなされたもの
であり，感光体を電気的に痛めないようにし，装置の耐
久性を向上させることを目的とする。

【００１８】また，本発明は上記に鑑みてなされたもの
であり，ギャップ維持を不要とし，装置の製造を容易に
することを目的とする。

【００１９】また，本発明は上記に鑑みてなされたもの
であり，カラートナーになりやすく，転写しやすいトナ
ーを提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために，電子写真方式または静電記録方式のトナ
ー現像に使用される一成分非接触用トナーにおいて，潜
像電界によって分極し，潜像と逆極性の電荷を帯びる絶
縁性高誘電率の樹脂粉末から成る一成分非接触用トナー
を提供するものである。なお，前記絶縁性高誘電率の樹
脂粉末は，ポリアニリン粉末であることが望ましい。

【００２１】また，本発明は上記の目的を達成するため
に，一成分非接触用トナーを用いた現像方法において，
光導電性絶縁体または誘電体等で構成された潜像保持体
上の静電潜像を現像する際に，トナー搬送体上に絶縁性
高誘電率の樹脂粉末からなるトナーを載せて潜像保持体
に接近させ，潜像電界によってトナーを分極させて，潜
像と逆極性の電荷を付与し，トナーをトナー搬送体から
潜像保持体に飛翔させて，静電潜像に付着させる現像方
法を提供するものである。なお，前記絶縁性高誘電率の
樹脂粉末は，ポリアニリン粉末であることが望ましい。

【００２２】

【作用】本発明の一成分非接触用トナーは，絶縁性高誘
電率の樹脂粉末から成り，潜像電界によって分極し，潜
像と逆極性の電荷を帯びる。

【００２３】また，本発明の現像方法は，光導電性絶縁
体または誘電体等で構成された潜像保持体上の静電潜像
を現像する際に，トナー搬送体上に絶縁性高誘電率の樹
脂粉末からなるトナーを載せて潜像保持体に接近させ，
潜像電界によってトナーを分極させて，潜像と逆極性の
電荷を付与し，トナーをトナー搬送体から潜像保持体に
飛翔させて，静電潜像に付着させる。

【００２４】

【実施例】以下，本発明の一成分非接触用トナーおよび
それを用いた現像方法の一実施例について，図面を参照
して詳細に説明する。

【００２５】本発明の一成分非接触用トナーは，潜像電
界によって分極し，潜像と逆極性の電荷を帯びる絶縁性
高誘電率の樹脂粉末から形成されるものである。絶縁性
高誘電率トナーを使用するにあたり，高誘電率の樹脂粉
末であるポリアニリンの粉末を用いて行なった各種の実
験を，従来の各種トナーの材料と比較して詳細に説明す
る。

【００２６】先ず，図１に示す電界中に置かれた誘電体
１０１を用いて，背景となる電界中での誘電体１０１の
動作について説明する。電界中に置かれた誘電体１０１
は分極し，図示の如く，誘電体１０１内に正負の電荷を
生じる。この場合，正負の電荷が等量のため，この誘電
体１０１に働く静電引力は電界の正負の方向で等しくな
り，同じ場所で回転することはあっても，その場所から
移動することはない。

【００２７】一方，本発明の一成分非接触用トナーであ
るポリアニリン粉末に，帯電したフィルムを近付けた場
合の動作について，図２を参照して説明する。図２は，
紙の上に置いたポリアニリン粉末に，帯電したフィルム
を近付けた場合の動作を示す説明図であり，図２中の２
０１は高誘電率の特性を持つポリアニリン粉末を示し，
２０２は帯電したフィルムを示し，２０３はポリアニリ
ン粉末２０１を載せておく紙を示している。ポリアニリ
ン粉末２０１にフィルム２０２を近づけると，紙２０３
の上に置いたポリアニリン粉末２０１は，帯電したフィ
ルム２０２に向かってビシビシと音をたてて飛翔する。
この時，紙２０３から帯電したフィルム２０２までの距
離は約３センチ離れている。なお，ポリアニリン粉末２
０１が飛翔する際の動きは大変早いものである。その
後，飛翔したポリアニリン粉末２０１の一部は，直ち
に，または少しの時間を隔てて逆飛翔した。但し，この
逆飛翔の際には，ゆっくり移動するポリアニリン粉末２
０１もある。

【００２８】ここで，上記ポリアニリン粉末２０１の飛
翔現象と類似の動作として，金属電極間に置いた導電性
粉末における動作を説明する。図３は，金属電極間に置
いた導電性粉末における動作を示した説明図であり，図
３中の３０１は導電性粉末を示し，３０２はプラスに帯
電した金属電極を示し，３０３はマイナスに帯電した金
属電極を示している。図示の如く，金属電極間に置いた
導電性粉末３０１のうち，電極からの電荷注入によりマ
イナスの電荷を持った導電性粉末３０１は，プラスに帯
電した金属電極３０２に向かって飛翔し，同様にしてプ
ラスの電荷を持った導電性粉末３０１は，マイナスに帯
電した金属電極３０３に向かって飛翔する。各金属電極
（金属電極３０２，金属電極３０３）に飛翔した導電性
粉末３０１は，各金属電極との接触により接触した金属
電極の電荷を注入されて逆飛翔（反対の極性に帯電した
金属電極に向かって飛翔）し，その後，この飛翔および
逆飛翔の動作を繰り返す。

【００２９】但し，図２に示したように紙２０３の上に
ポリアニリン粉末２０１を置いた場合，紙２０３からの
電荷注入は考えにくいので，上述した金属電極間に置い
た導電性粉末の飛翔現象とポリアニリン粉末２０１の飛
翔現象は異なる現象と考えられる。

【００３０】先ず，厚さ５０ミクロンで片面にアルミ蒸
着されたポリエステルフィルムをアルミドラムに巻き付
けて複写機にセットし，コロナ放電でプラス帯電してそ
のフィルムの表面電位を表面電位計を用いて測定する。
このときの表面電位は約＋１９００Ｖである。この帯電
フィルムを紙上に散布されたポリアニリン粉末２０１上
約１センチに近付けて飛翔付着させると，通常現像時の
付着量と略同じ付着量（但し，目測による）のポリアニ
リン粉末２０１が飛翔付着する。この現像後のフィルム
即ちポリアニリン粉末２０１付着後のフィルムを再度複
写機にセットして同様に表面電位を測定すると，図４に
示す如くポリアニリン粉末２０１が付着した部分では，
約＋１４００Ｖに低下し，他の部分は＋１９００Ｖで変
わらない。

【００３１】続いて，別のフィルムを同様にセットし，
今度はマイナスコロナ放電を行って表面電位を測定す
る。このときの表面電位は約−１９００Ｖである。これ
を上記プラス帯電の場合と同様にポリアニリン粉末２０
１で現像して現像後の電位を測定すると，図５に示す如
く，ポリアニリン粉末２０１が付着している部分の表面
電位は低下しており，約−７００Ｖになっている。

【００３２】ここで，ポリアニリン粉末２０１の普通紙
への転写について説明する。図６は，ポリアニリン粉末
２０１の普通紙への転写を示す説明図であり，図６の６
０１は，帯電処理を施した後，ポリアニリン粉末２０１
を付着させたフィルム（以下，現像後のフィルムと記載
する）を示し，６０２は普通紙を示している。現像後の
フィルム６０１上のポリアニリン粉末２０１に普通紙６
０２を重ねて剥がした場合には，図６に示す如く，普通
紙６０２にポリアニリン粉末２０１を転写することがで
きる。

【００３３】次に，別のフィルムにポリアニリン粉末２
０１を薄く載せてその部分の表面電位を測定する。この
ときの表面電位は１，２Ｖである。また，現像ローラー
上でマイナスに帯電している非接触現像用の従来の一成
分トナーに，上記のように約＋１９００Ｖに帯電したフ
ィルムを数ミリまで接近させたが全く飛翔しない。

【００３４】なお，従来の方法によって，カラートナー
を使用して感光体ドラム上にトナーを重ねてトナー像を
形成する場合には，現像後（感光体にトナー付着後）の
表面電位は約１５０Ｖ低下する。

【００３５】以上のことから次のことが明らかである。
ポリアニリン粉末２０１は最初電荷を有していない。ま
た，現像（付着）したポリアニリン粉末２０１は帯電フ
ィルムと異極性の電荷を有している。さらに，ポリアニ
リン粉末２０１は正負どちらにも帯電でき，その帯電量
は通常の一成分現像剤のトナーの帯電量の数倍（あるい
は１０倍）である。

【００３６】即ち，高誘電率のポリアニリン粉末２０１
は電界中で異常に大きな電荷を持ったため，数センチ離
れた距離を飛翔できたと考えられる。以下，この現象を
更に詳細に説明する。図７（ａ），（ｂ）は，電界中の
ポリアニリン粉末２０１を示した説明図である。電界中
において高誘電体であるポリアニリン粉末２０１は，正
負に分極し，例えば，上面に電子，下面に正孔が多量に
集中する。このとき，図７（ｂ）に示すように，高誘電
体下面の分極電荷，即ち正孔がなんらかの理由によって
減少すれば，マイナスの分極電荷（電子）に作用する静
電力ｆ１が残されたプラスの分極電荷（正孔）に作用す
る静電力ｆ２を上回ってポリアニリン粉末２０１は上方
に飛翔を開始する。逆に，誘電体下面の分極電荷が電子
で，その一部が失われれば，ポリアニリン粉末２０１は
プラス電荷が優勢になり，それに作用する静電力でやは
り上方に飛翔を開始する。

【００３７】飛翔を開始して，１センチ上の帯電フィル
ムに衝突したポリアニリン粉末２０１は，電荷の増減が
なければ，そのまま静電力で強固に付着し続け，上面の
分極電荷（電子）の減少が起これば，下面の逆極性の電
荷（正孔）が優勢となって今度は下方向に静電力で移動
する。

【００３８】上記のように考えれば，ポリアニリン粉末
２０１が正負のどちらの電界でも飛翔し，その一部が上
下に往復運動し，ポリアニリン粉末２０１の付着（現
像）で帯電フィルムの電位が大幅に低下する現象を理解
することができる。

【００３９】また，高誘電体であるポリアニリン粉末２
０１の電荷バランスが崩れる原因としては，次の（１）
〜（５）の５つの原因によると推察される。 （１）高誘電体と支持体間の空気の絶縁破壊による放電
（図８（ａ）参照） （２）高誘電体または支持体からの高電界による電子の
電場放出（図８（ｂ）参照） （３）高誘電体または支持体からの（電子の）電荷注入
（図８（ｃ）参照） （４）支持体の電界質の表皮（水）からＨ⁺ イオン，ま
たはＯＨ^- イオンの静電力による高誘電体への移動（図
８（ｄ）参照） （５）高誘電体（ポリアニリン粉末２０１）の塊が上下
に分離

【００４０】この５つの原因のうち，電界の強さ（１８
００ｖ／１０^-2ｍ＝１．８＊１０⁵ｖ／ｍ）を考慮する
と，（１）および（２）の可能性は小さい。また，支持
体を紙から金属に変え，さらに接地しても期待されるほ
どの変化がないことから判断すると，（４）の可能性が
最も高い。但し，この場合には，導電性粉末に比較して
逆飛翔する割合が大変少ない現象を説明することはでき
ない。また，定量的に測定していないが，目測によると
逆飛翔の割合が帯電フィルムの材質で異なるため，
（３）の可能性もあり得る。実際の原因の解明は十分で
ないが，高誘電体であるポリアニリン粉末２０１の飛翔
現象は十分に一成分非接触用トナーとして使用できる現
象である。

【００４１】なお，逆飛翔は現像速度の面からは不利に
作用するが，画質の面では階調性が向上する可能性もあ
るため，一概に欠点とは言えない。

【００４２】上記から明らかなように，潜像と逆極性の
電荷を帯びる絶縁性高誘電率の樹脂粉末（ポリアニリン
粉末２０１）が一成分非接触用トナーとして十分に使用
可能なことが分かる。従って，光導電性絶縁体または誘
電体等で構成された潜像保持体上の静電潜像を現像する
際に，トナー搬送体上に絶縁性高誘電率の樹脂粉末から
なるトナーを載せて潜像保持体に接近させ，潜像電界に
よってトナーを分極させて，潜像と逆極性の電荷を付与
し，トナーをトナー搬送体から潜像保持体に飛翔させ
て，静電潜像に付着させることにより，トナー現像を行
うことができる。

【００４３】本発明の一成分非接触用トナーを用いた現
像方法と，従来の絶縁性トナーを用いた現像方法とを比
較すると，第１に電荷の与え方，第２に電荷発生速度，
第３に電荷を与える時期，第４に電荷の絶対量が異な
る。従って，以下に示す効果を奏することができる。

【００４４】前述したように本実施例によれば，高誘電
率トナーの大きな分極とこれにより生じる電荷注入等で
電荷を発生させるため，従来の摩擦帯電方式のようなキ
ャリアーやブレード等の装置が不要で，且つ，温度や湿
度等の環境変動も少ない。

【００４５】また，現像する瞬間に電荷を付与すること
になるため，従来のように現像領域に入る前に予め電荷
を付与して搬送中にトナーがクーロン力で側壁に付着す
る等の不具合を回避できる。

【００４６】また，トナーに十分な電荷を付与する際
に，ほとんど瞬時に電荷を与えることができるため，カ
ラーコピーのように一度に多量のトナーを消費し，且
つ，その帯電量で色が変わる場合に大きなメリットとな
る。

【００４７】また，トナーに十分大きな電荷を与えるこ
とができるため，静電潜像の媒体（感光体）の電位を下
げて，且つ，静電潜像の媒体と現像ローラーのギャップ
を十分広げて使用することが可能となる。

【００４８】また，従来の帯電量の少ないトナーに比べ
て，静電潜像に付着した際に潜像電位が大きく低下する
ため，既にトナーが付着している箇所に，更にトナーが
付着することを回避でき，ベタ画像が低濃度でも均一に
埋まるメリットがある。

【００４９】更に，同極性で帯電量の大きなトナーが並
行して移動するとその間に静電反発力が働き，外側に膨
らむ力となるが，インクジェットと異なり潜像保持体側
にそれを引きつける静電潜像が存在するため，静電潜像
の静電引力がまさって，潜像の通りにトナーが付着する
（パウダークラウド現像と同様）。

【００５０】また，トナーはポリアニリン粉末２０１を
単体で使用しているため，どんなに小さくしても組成は
変わらない。従って，地肌に付着したトナーや画像部で
も転写しなかったトナーであっても，再使用できる。

【００５１】

【発明の効果】以上より明らかなように本発明の一成分
非接触用トナーおよびそれを用いた現像方法は，光導電
性絶縁体または誘電体等で構成された潜像保持体上の静
電潜像を現像する際に，トナー搬送体上に絶縁性高誘電
率の樹脂粉末からなるトナーを載せて潜像保持体に接近
させ，潜像電界によってトナーを分極させて，潜像と逆
極性の電荷を付与し，トナーをトナー搬送体から潜像保
持体に飛翔させて，静電潜像に付着させるため，現像バ
イアス電圧等のコントロールを不要にすることができ
る。また，トナー粒子の微細化を図ることができる。ま
た，感光体を電気的に痛めず，装置の耐久性を向上させ
ることができる。また，ギャップ維持を不要とし，装置
の製造を容易にすることができる。また，カラートナー
になりやすく，転写しやすいトナーを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電界中の誘電体の動作を示す説明図である。

【図２】紙の上に置いたポリアニリン粉末に，帯電した
フィルムを近付けた場合の動作を示す説明図である。

【図３】金属電極間に置いた導電性粉末における動作を
示した説明図である。

【図４】表面電位を示すグラフである。

【図５】表面電位を示すグラフである。

【図６】ポリアニリン粉末の普通紙への転写を示す説明
図である。

【図７】電界中のポリアニリン粉末を示した説明図であ
る。

【図８】高誘電体の電荷バランスが崩れる原因を示す説
明図である。

【符号の説明】

２０１ ポリアニリン粉末

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子写真方式または静電記録方式のトナ
   ー現像に使用される一成分非接触用トナーにおいて，潜
   像電界によって分極し，潜像と逆極性の電荷を帯びる絶
   縁性高誘電率の樹脂粉末から成ることを特徴とする一成
   分非接触用トナー。
2. 【請求項２】 一成分非接触用トナーを用いた現像方法
   において，光導電性絶縁体または誘電体等で構成された
   潜像保持体上の静電潜像を現像する際に，トナー搬送体
   上に絶縁性高誘電率の樹脂粉末からなるトナーを載せて
   前記潜像保持体に接近させ，潜像電界によってトナーを
   分極させて，潜像と逆極性の電荷を付与し，トナーをト
   ナー搬送体から潜像保持体に飛翔させて，静電潜像に付
   着させることを特徴とする現像方法。
3. 【請求項３】 前記絶縁性高誘電率の樹脂粉末は，ポリ
   アニリン粉末であることを特徴とする請求項１または２
   記載の一成分非接触用トナーおよびそれを用いた現像方
   法。