JPH06314007A - 画像形成方法 - Google Patents

画像形成方法

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JPH06314007A
JPH06314007A JP6015074A JP1507494A JPH06314007A JP H06314007 A JPH06314007 A JP H06314007A JP 6015074 A JP6015074 A JP 6015074A JP 1507494 A JP1507494 A JP 1507494A JP H06314007 A JPH06314007 A JP H06314007A
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JP
Japan
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magnetic
image
carrier
image carrier
toner
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Application number
JP6015074A
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English (en)
Inventor
Masumi Asanae
益実 朝苗
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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  • Electrophotography Using Other Than Carlson'S Method (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成により、普通紙を使用した場合で
も、良好な画質の画像が得られる画像形成方法を提供す
る。 【構成】 透光性の光半導体材料からなる像担持体と、
磁気ブラシを形成する現像ロールとを設け、像担持体の
背面から光信号を照射して像担持体の表面にトナー像を
現像する画像形成方法において、結着樹脂と磁性粉とを
主成分とし、体積固有抵抗1013Ω・cm以上、平均粒径
5〜20μmに形成した荷電型磁性トナーと、1kOe
の磁場における最大磁化σ1000が61〜100emu/g 、
体積固有抵抗1010Ω・cm以下、平均粒径10〜100
μmに形成した磁性キャリアとを混合してなる磁性現像
剤を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、透光性を有する光半導
体材料からなる像担持体の背面から光信号を照射し、永
久磁石部材とスリーブとからなる現像ロールによって搬
送された磁性現像剤中のトナーを選択的に付着させる画
像形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から文書若しくは図形等の情報を再
生する手段として、電子写真、静電記録若しくは静電印
刷等の手段が一般に使用されている。例えば電子写真複
写機やファクシミリにおいては、光導電体層若しくは誘
電体層上に静電的な潜像を形成した後、磁気ブラシ法に
よりキャリアとの摩擦帯電により所定の極性に帯電させ
たトナー、または結着樹脂と磁性粉とを主成分とする磁
性トナーを、前記潜像に選択的に付着させて再生画像を
得る画像形成方法が多く採用されている。しかしながら
このような画像形成方法を採用した場合には、画像形成
装置内に現像手段とは別個に、例えば画像担体を予め一
様に帯電させるための帯電手段を含む静電潜像形成手段
を設ける必要があるため、装置が複雑化および大型化し
易くなる等の問題点がある。
【0003】そこで例えば特公昭55−30228号公
報に開示されているように、導電性を有する磁性トナー
を非磁性導電性材料からなるスリーブ上に磁気的に吸着
保持し、このスリーブとそれに対向して配設した記録電
極との間にシート状の記録部材を通過させながら記録電
極に情報信号を印加して、磁性トナーに静電気力を付与
し、この磁性トナーを記録部材上に選択的に付着させる
提案がされている。
【0004】また直接記録手段に関しては、上記の他に
多数の提案がされているが、何れも記録電極と対向電極
との間に記録部材を通過させて電気的手段のみにより記
録を行うものであるため、良好な記録画像を得るために
は上記電極間の間隙や、記録部材上へのトナーの供給量
等の種々の条件を厳密に選定する必要がある。更に記録
部材として普通紙を使用した場合には、紙の表面抵抗が
湿度、温度等の環境条件によって大きく影響されるた
め、これらの環境条件に応じて現像条件も調整する必要
があると共に、高速記録が行えない等の問題点があり、
未だ実用化されるには至っていない。
【0005】一方透光性を有する光半導体材料からなる
画像担体の背面から、原画と対応する光信号を照射し、
永久磁石部材とスリーブとからなる現像ロールによって
搬送された導電性磁性トナーを画像担体の表面に選択的
に付着させて現像を行い、この再生画像を記録部材の表
面に転写し、定着するという画像形成方法も提案されて
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の背面露光方式の
画像形成方法においては、体積固有抵抗値が例えば10
4 〜1012Ω・cmの所謂中抵抗の磁性トナーが使用され
ており、現像性は良好であるが、再生画像の転写効率が
低いという問題点がある。すなわち転写手段として最も
一般的であるコロトロン方式を使用しても、再生画像が
記録部材の表面に完全に転写されず、所謂転写ボケが発
生し、画質が低下する。このため記録部材として普通紙
を使用することができないという欠点がある。
【0007】なお上記のように画像担体の表面に残存す
る磁性トナーを除去するために、クリーニング装置を設
けるのが通例であるが、この場合には像担持体の周辺に
上記クリーニング装置を設置するための余剰のスペース
を確保しなければならず、画像形成装置全体のコンパク
ト化を阻害するという問題点がある。
【0008】一方転写効率を向上させるために、記録部
材を予め一様帯電させることも考えられるが、画像形成
装置の複雑化を招来するため、近年この種の装置に要請
されているコンパクト化、低価格化のニーズに対応でき
なくなるため好ましくない。なお転写効率を向上させる
ために、予め表面処理を施した記録紙を使用する手段
は、用紙コストの増大を招くと共に、大量の情報を処理
記録すべきこの種の装置用としては不適当であり、普通
紙を使用した場合においても、転写効率が高く、かつ高
品質の再生画像を形成し得る画像形成方法の出現が望ま
れている。
【0009】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、簡単な構成により、普通紙を使用した場合にお
いても、良好な画質の再生画像が得られる画像形成方法
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、透光性を有する光半導体材料か
らなる像担持体を移動可能に設け、表面に複数個の磁極
を設けた永久磁石部材を内蔵すると共に非磁性材料によ
り中空円筒状に形成したスリーブを前記像担持体の表面
と対向させて設け、スリーブ上に供給した磁性現像剤を
スリーブと永久磁石部材との相対的回転によりスリーブ
と像担持体との間に形成された記録領域に搬送し、像担
持体の背面から記録領域に原画と対応する光信号を照射
することにより、像担持体の表面に磁性現像剤中のトナ
ーを選択的に付着させる画像形成方法において、結着樹
脂と磁性粉とを主成分とし、体積固有抵抗1013Ω・cm
以上、平均粒径5〜20μmに形成した荷電型磁性トナ
ーと、1kOeの磁場における最大磁化σ1000が61〜
100emu/g 、体積固有抵抗1010Ω・cm以下、平均粒
径10〜100μmに形成した磁性キャリアとを混合し
てなる磁性現像剤を使用する、という技術的手段を採用
した。
【0011】本発明において、荷電型磁性トナーは、転
写効率を確保し、画像担体表面への残留分を極力少なく
するために、D.C.4000V/cmの電場において1
13Ω・cm以上の体積固有抵抗を具有する必要がある。
【0012】なお上記体積固有抵抗は、測定すべきサン
プルを数十mg採取し、ダイヤルゲージを改良した3.05
mmφ(断面積0.073cm2 )のテフロン(商品名)製絶
縁シリンダ中に充填し、0.1kgf の圧力を印加した状態
で、D.C.4000V/cmの電場で荷電型磁性トナー
に対するものを、またD.C.200V/cmの電場で磁
性キャリアに対するものを測定して算出した。測定には
横河ヒューレッドパッカード製絶縁抵抗計(4329A
型)を使用した。
【0013】上記のような磁性トナーは、結着樹脂、磁
性粉および荷電制御剤を適宜の比率で混合し、粉砕法、
スプレードライ法等の公知の手段で製造することができ
る。なおトナー粒子の内部および/または表面に例えば
シリカ微粉末のような流動性改質剤、および/または例
えばカーボンブラック等の抵抗調節剤を添加することが
できる。
【0014】本発明において使用する磁性現像剤を構成
する上記磁性トナーの平均粒径は5〜20μm、好まし
くは6〜16μmに形成されるが、粒径が小であると地
ガブリやトナー飛散が生じるため好ましくない。一方粒
径が大であると解像度および現像性が低下するため不都
合である。
【0015】次に上記磁性トナーを構成する結着樹脂と
しては、下記のようなものを使用することができる。定
着方式が加熱定着方式(オーブンまたは熱ロール)の場
合は、例えば次のような熱可塑性樹脂、すなわち、スチ
レン類、ビニルエステル類、α−メチレン脂肪族モノカ
ルボン酸のエステル類、アクリロニトリル、メタクリロ
ニトリル、アクリルアミド、ビニルエーテル類、ビニル
ケトン類、N−ビニル化合物等の単量体を重合させたホ
モポリマー、若しくは、これらの単量体を2種以上組み
合わせて共重合させたコポリマー、あるいはそれらの混
合物を使用できる。また、ビスフェノール型エポキシ樹
脂、油変性エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロー
ズ樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂等の非ビ
ニル系熱可塑性樹脂等の非ビニル系樹脂、あるいはそれ
らと前記のようなビニル系樹脂との混合物を使用でき
る。
【0016】次に定着方式が圧力定着方式である場合に
は、例えば次のような感圧性の樹脂、すなわち、高級脂
肪酸類、高級脂肪酸誘導体、高級脂肪酸アミド類、ワッ
クス類、ロジン誘導体、アルキッド樹脂、エポキシ変性
フェノール樹脂、天然樹脂変性フェノール樹脂、アミノ
樹脂、シリコン樹脂、ユリア樹脂、アクリル酸またはメ
タクリル酸と長鎖アルキルメタクリレート、長鎖アルキ
ルアクリレートとの共重合オリゴマー、ポリオレフィ
ン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニル
アルキルエーテル共重合体、無水マレイン酸系共重合体
等が挙げられる。
【0017】これらの樹脂は、任意に選定し、また任意
に混合して使用できるが、磁性トナーとした場合の流動
性を低下させないためには、ガラス転移点が40℃を超
える樹脂、若しくは樹脂混合物が有効である。
【0018】更に磁性粉としては、フェライト、マグネ
タイトをはじめとする鉄、コバルト、ニッケルなどの強
磁性を示す元素を含む合金あるいは化合物が使用できる
が、トナー中に含有させるために、平均粒径を0.1〜3
μmに形成したものが好ましい。トナー中に含有させる
量は10〜70重量%の範囲が適当である。この場合、
10重量%未満ではトナーの磁力が低下し、スリーブの
表面から離脱し易くなり、一方70重量%を超えると、
それ自体が導電性であるため体積固有抵抗が低下し、転
写効率が低下すると共に、定着性が低下する。より好ま
しい含有量は20〜60重量%である。
【0019】また荷電制御剤としては、公知の染料もし
くは顔料を使用することができる。例えば、正の摩擦帯
電性を有するニグロシン染料、あるいは高級脂肪酸で変
性したニグロシン染料、負の摩擦帯電性を有する含金属
(Cr)アゾ染料等が挙げられる。この荷電制御剤の含
有量は、トナーの帯電量に応じて定められるが、一般に
1〜10重量%の範囲が好ましい。
【0020】次に1kOeの磁場における磁性キャリア
の最大磁化σ1000が60emu/g 以下であると磁性現像剤
の搬送性が劣化すると共に、磁性キャリアが画像担体の
表面に付着するため好ましくない。一方上記σ1000が1
00emu/g を超えると現像性が低下するため不都合であ
る。
【0021】また磁性キャリアの体積固有抵抗が1010
Ω・cmを超えると、現像性が低下すると共に、画像担体
表面に残留するトナーに対する回収作用が低下するため
不都合である。このような磁性キャリアの体積固有抵抗
の調整手段としては、例えばキャリア粒子の表面の一部
若しくは全部をカーボンブラックや金属粉末などの導電
性粒子を含有する樹脂で被覆するか、あるいはキャリア
粒子の表面の一部若しくは全部を樹脂で被覆した後、導
電性粒子を添加するのが有効である。
【0022】上記被覆層を形成する樹脂材料としては、
シリコン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエス
テル樹脂、マレイン酸樹脂、アクリル酸樹脂等の単体、
共重合体、変性物等が挙げられる。また樹脂を磁性キャ
リアの表面に強固に固着するために、硬化剤を併用する
こともできる。このような硬化剤としては、メラミン、
各種アミン塩等の熱硬化性化合物が挙げられる。
【0023】更に被覆材料として、磁性キャリアとの接
着性の向上、あるいは耐摩耗性の向上、トナーの融着防
止、トナー帯電性の制御、現像剤の流動性付与を目的と
して、上記のほかにフェノール樹脂、尿素樹脂、アルキ
ッド樹脂、その他の充填剤、希釈剤、可撓性付与剤等を
少量ブレンドすることができる。
【0024】上記磁性キャリアのコア材としては、鉄粉
等の金属粉や、マグネタイト、フェライト等の酸化物粉
が挙げられる。上記磁性キャリアとしては、例えばフェ
ライトキャリアを使用することができる。フェライトキ
ャリアは、適当な金属酸化物と3価の鉄酸化物の焼結体
であり、具体的には、Ba−Ni−Znフェライト、M
n−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Li−Z
nフェライト、Cu−Znフェライト、Cu−Zn−M
gフェライト、Mg−Znフェライト等が挙げられる。
このようなフェライトキャリアは、適当な配合比で混合
された原料を、0.5〜3.0時間仮焼し、平均粒径2.0μ
m以下に微粉砕し、所定の粒径に造粒し、次に900〜
1350℃の温度で3〜5時間焼成し、解砕および分級
して製造することができる。
【0025】磁性キャリアの粒径が小であると、画像担
体の表面に付着し易く、一方粒径が大であると画像が荒
れ易くなる。従って平均粒径は10〜100μmの範囲
とするのがよい。
【0026】本発明において使用する静電荷像現像用現
像剤は、前記荷電型磁性トナーと、上記磁性キャリアと
を混合して得られるが、荷電型磁性トナーの配合量が1
0重量%未満、すなわち磁性キャリアの配合量が90重
量%を超えると、磁性キャリアが凝集し易くなると共
に、画像担体への付着が生じ易くなるため好ましくな
い。一方荷電型磁性トナーの配合量が90重量%を超え
ると、すなわち磁性キャリアの配合量が10重量%未満
であると、トナー飛散が生じ易くなると共に、スペント
トナー量が増加して磁性キャリアの寿命が短くなるため
不都合である。
【0027】上記の画像形成方法における現像剤の搬送
方式は特に限定されないが、磁性キャリアの磁気的凝集
を防止するために、少なくともスリーブを回転させる方
式が望ましい。従ってスリーブのみを回転させる方式の
他に、スリーブと永久磁石部材とを同方向に回転させる
方式(例えば特公昭57−12148号公報参照)若し
くは逆方向に回転させる方式でもよい。
【0028】現像ギャップ(現像位置における画像担体
とスリーブとのギャップ)は、磁気ブラシと画像担体と
の接触幅を確保すると共に、残留トナーの回収作用を確
実にするために、1.0mm以下とする必要があり、磁気ブ
ラシが画像担体に軟らかく接触するために、0.2mm以上
とすることが望ましい。好ましい範囲は0.3〜0.6mmで
ある。またドクターギャップは、上記現像ギャップに応
じて設定すればよい。
【0029】
【作用】図1は本発明の現像方法に使用される現像装置
の例を示す要部断面説明図である。図1において1は像
担持体であり、例えばガラス等の透光性材料からなる支
持体2の表面に、透光性を有する導電性層3および透光
性を有する光半導体材料からなる感光層4を被着させ、
中空円筒状に形成すると共に、例えば時計方向に回転可
能に設ける。なお感光層4の表面に耐摩耗性材料からな
る保護層を設けてもよい。
【0030】5は現像ロールであり、磁性現像剤6を収
容する現像剤槽7の端部に設けると共に、前記像担持体
1と対向させて設ける。現像ロール5は、表面に複数個
の磁極を設けてなる永久磁石部材8と、アルミニウム合
金等の非磁性材料により中空円筒状に形成したスリーブ
9とを同軸的に組合せて構成し、両者の相対的回転によ
り、磁性現像剤6を現像ロール5と像担持体1との間に
形成される記録領域10に搬送し得るようにする。なお
現像ロール5を構成するスリーブ9は、バイアス電圧源
11と電気的に接続する。
【0031】次に12は光信号照射手段であり、記録領
域10の像担持体1の背面側に設け、原画と対応する光
信号を像担持体1に照射可能に設ける。13は転写器で
あり、像担持体1の表面と近接させて設ける。なお14
は記録部材であり、矢印方向に移動可能とし、その後段
に設けられた定着手段(図示せず)へ走行可能とする。
【0032】上記の構成により、現像ロール5により磁
性現像剤6を記録領域10に供給すると、磁性現像剤6
は記録領域10において所謂磁気ブラシを形成すると共
に、この磁気ブラシは像担持体1の表面とある幅をもっ
て摺接する。従って像担持体1の表面に摩擦帯電による
電荷若しくは電位を付与することができる。または、帯
電量を安定させるために、現像前にスコロトロン、帯電
ブラシ等の帯電手段を設けても差支えない。
【0033】一方原画と対応する光信号を光信号照射手
段12を介して、像担持体1の背面から照射すると、像
担持体1の表面の光を照射されない部分と現像ロール5
との間には電位差がなく、光を照射された部分と現像ロ
ール5との間には電位差が生ずるので、その部分に磁性
現像剤6中のトナーが付着してトナー画像として現像さ
れる。次にこのトナー画像は像担持体1と転写器13と
の間を移動する記録部材14上に転写され、更に定着手
段によって定着されるのである。
【0034】
【実施例】上記のような現像方法において、磁性現像剤
を構成する磁性トナーおよび磁性粒子の特性に注目して
検討した結果、特に体積固有抵抗の値を特定の範囲に設
定することにより、画像濃度および解像度の良好な高品
質の画像が得られることが明らかになった。以下その結
果について記述する。
【0035】まず下記の原料配合により、磁性トナーお
よび磁性キャリアを作製した。 磁性トナー スチレン−n−ブチルメタクリレート共重合体 48重量部 (Mn=1.6×104 ,Mw=21×104 ) マグネタイト 45重量部 (戸田工業製 EPT500) ポリプロピレン 5重量部 (三洋化成製 ビスコール550P) 負帯電性帯電制御剤 2重量部 (オリエント化学製 ボントロンE−81) 上記配合の原料を、加熱ローラを有するニーダで30分
間混練を行い、冷却、固化後、粉砕、分級を行って、平
均粒径10μmの負帯電性の磁性トナーとし、更に12
0℃の熱気流中において、この磁性トナー100重量部
に対して0.5重量部の疏水性シリカ(日本アエロジル製
R972)を添加して磁性トナーの表面に均一に固定
した。この磁性トナーの体積固有抵抗は1014Ω・cm、
摩擦帯電量は−25μc/gであった。
【0036】 磁性キャリア 表1に示すコア材 100重量部 シリコーン樹脂 3重量部 上記配合にて流動床式コーティング装置を使用し、17
0℃30分の熱処理を行い、解砕後分級して10〜70
μmの樹脂被覆キャリアを得た。その後被覆層の表面に
カーボンブラック(三菱化成製)を被覆させた。なお表
1中のMg−ZnおよびBa−Ni−Znは各々日立金
属製 KBN−120および同KBN−100である。
また前記の負帯電性トナーと表1に示す磁性キャリアの
体積固有抵抗の値は、試料を適当量(10数mg) 秤取
し、ダイヤルゲージを改良した内径3.05mmのテフロン
(商品名)製シリンダ中に充填し、0.1kg の荷重下、
D.C.100V/cmの電場を印加して測定し、抵抗値
を算出した。抵抗の測定には横河ヒューレットパッカー
ド製4329型絶縁抵抗計を使用した。
【0037】
【表1】
【0038】上記のようにして作製した負帯電性トナー
と磁性キャリアとを混合してトナー濃度40%の磁性現
像剤とし、後述の条件によって現像した結果を表2に示
す。次に現像、転写および定着条件について記述する。
まず現像ロール5上の磁性現像剤6の層厚を規制するド
クターギャップを0.3mmとし、記録領域10の現像ギャ
ップを0.4mmとした。次に現像ロール5は、SUS30
4からなる外径20mmのスリーブ9内に、8極着磁した
永久磁石部材8を内蔵させ、スリーブ9上の表面磁束密
度を700G、スリーブ9の回転数150r.p.m とし
た。
【0039】また像担持体1は負帯電性光半導体により
直径40mmに形成し、コロナ帯電表面電位−500V、
周速を150mm/秒とした。一方スリーブ9には−40
0Vのバイアス電圧を印加した。転写後の定着手段にお
ける定着温度は190℃、線圧1kg/cmとした。
【0040】
【表2】
【0041】表1および表2から明らかなように、No.
7,8の磁性キャリアを使用したものにおいては、σ
1000が低い値であるため、磁性現像剤の搬送性が低く、
画像濃度および解像度が低く、画質が低下することが認
められる。またカブリ濃度が若干高く現れている。これ
に対してNo. 1〜6の磁性キャリアを使用したものにお
いては、カブリ濃度が低いと共に、画像濃度および解像
度が優れた高品質の画像が得られている。
【0042】次に磁性キャリアの構成部材を鉄粉(偏
平)とし、平均粒径およびσ1000の値を一定としたもの
を表3のようにして調製し、前記と同様にして画像評価
した結果を表4に示す。なお現像条件は前記のものと同
様である。
【0043】
【表3】
【0044】
【表4】
【0045】表3および表4から明らかなように、No.
14の磁性キャリアを使用したものにおいては、体積固
有抵抗の値が高いため画像濃度および解像度が低いと共
に、カブリ濃度が高くなっている。これに対してNo. 1
1〜13の磁性キャリアを使用したものにおいては、カ
ブリ濃度が低いと共に、画像濃度および解像度が優れた
高品質の画像が得られている。
【0046】本実施例においては、磁性キャリアに添加
すべき導電性粒子としてカーボンブラックを使用した例
について記述したが、例えばNi,Al等の金属粉末の
ような他の導電性粒子を使用してもよい。なお磁性現像
剤中のトナー濃度は10〜95重量%とするのが好まし
い。また像担持体は中空円筒状に形成するのが好ましい
が、無端移動可能のベルト状に形成し、導電性材料から
なるプーリ間に懸架してもよい。更に像担持体の表面の
帯電手段としては、コロナ以外に、導電ゴムローラ、導
電ブラシ、磁気ブラシ等、他の公知のものを使用でき
る。
【0047】
【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、簡単な構成により普通紙を使用した場合
においても、画像濃度および解像度共に大であると共
に、クリーニング手段を使用しなくても像担持体上の残
留トナーを完全に回収でき、かつカブリのない高品質の
画像を形成することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の現像方法に使用される現像装置の例を
示す要部断面説明図である。
【符号の説明】
1 像担持体 5 現像ロール 12 光信号照射手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G03G 13/09 15/09 Z

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透光性を有する光半導体材料からなる像
    担持体を移動可能に設け、表面に複数個の磁極を設けた
    永久磁石部材を内蔵すると共に非磁性材料により中空円
    筒状に形成したスリーブを前記像担持体の表面と対向さ
    せて設け、スリーブ上に供給した磁性現像剤をスリーブ
    と永久磁石部材との相対的回転によりスリーブと像担持
    体との間に形成された記録領域に搬送し、像担持体の背
    面から記録領域に原画と対応する光信号を照射すること
    により、像担持体の表面に磁性現像剤中のトナーを選択
    的に付着させる画像形成方法において、 結着樹脂と磁性粉とを主成分とし、体積固有抵抗1013
    Ω・cm以上、平均粒径5〜20μmに形成した荷電型磁
    性トナーと、1kOeの磁場における最大磁化σ1000
    61〜100emu/g 、体積固有抵抗1010Ω・cm以下、
    平均粒径10〜100μmに形成した磁性キャリアとを
    混合してなる磁性現像剤を使用することを特徴とする画
    像形成方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0850403A (ja) * 1994-06-03 1996-02-20 Fujitsu Ltd 画像形成方法および装置

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JPH0850403A (ja) * 1994-06-03 1996-02-20 Fujitsu Ltd 画像形成方法および装置

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