JPH06337550A

JPH06337550A - 現像方法

Info

Publication number: JPH06337550A
Application number: JP5128597A
Authority: JP
Inventors: Koji Noguchi; 浩司野口; Masumi Asanae; 益実朝苗
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1993-05-31
Filing date: 1993-05-31
Publication date: 1994-12-06

Abstract

(57)【要約】【目的】磁性トナーと磁性キャリアを混合した現像剤
を低速で搬送しても高い現像効率を得ることを目的とす
る。【構成】静電荷像を表面に有する画像担体に対向し
て、内部に固定された磁石部材を有する非磁性スリーブ
を配置して現像領域を形成し、結着樹脂と磁性粉とを含
有し一方向極性に荷電能力を有する磁性トナーと、磁性
キャリアとを混合してなる現像剤を前記非磁性スリーブ
の表面に磁気的に吸着させ、前記非磁性スリーブを回転
させることにより前記現像剤を前記現像領域に搬送さ
せ、前記磁性トナーにより前記静電荷像を顕像化する現
像方法において、前記磁性キャリアがマグネタイトを主
体とする磁性粒子である現像方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子写真法、静電記録
法、静電印刷法等において画像担体表面に形成された静
電荷像を磁性トナーを含む磁性現像剤によって顕像化す
る現像方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法は、感光体表面に静電荷像を
形成しこの静電荷像をトナーと称する着色樹脂粒子によ
り可視像化し、得られたトナー像を普通紙等の転写部材
上に転写した後加熱または加圧手段により定着し最終画
像を得るものに代表される。

【０００３】この静電荷像の現像方法はこれまで種々提
案されているが、その一つに樹脂と磁性粉を含有するト
ナー粒子からなる磁性トナーを非磁性スリーブ上に供給
し、スリーブとその内部の磁石体との相対的回転により
磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシで画像担体表面を
摺擦し、静電荷像にトナー粒子を付着せしめる方法があ
る。この一成分磁性トナー方式においては、トナー粒子
に荷電制御剤を添加するなどして一方向極性に強く帯電
する性質をもたせた荷電型磁性トナーを使用し、トナー
をスリーブやドクター部材などとの接触により摩擦帯電
させて現像を行うことが多い。

【０００４】しかし荷電型磁性トナーを単独で使用する
と、トナーの帯電凝集が生じ易く、それに起因して画像
の白抜けが発生するので、これの対策として磁性トナー
に磁性キャリアを混合した現像剤を使用することが提案
されている（例えば、特開昭５９−４０６５３号、同５
９−１６２５６３号、特公平２−３１３８３号）。

【０００５】上記のような荷電型磁性トナーと磁性キャ
リアとを混合した現像剤を使用して静電荷像を現像する
方式では、磁性キャリアは比較的導電性のものが使用さ
れ、トナー濃度の制御は特に行わない。そのため現像領
域でのトナー濃度は重量比で１０％〜９０％の広い範囲
となる。しかも磁性トナーは転写性の点から絶縁性を持
たせてあるので、現像剤全体の電気抵抗が非常に高くな
る。

【０００６】したがってこのような現像剤を用いて画像
濃度が高く、鮮明な良質の画像を得るためには、効率的
な静電荷像の現像を行うことが必要となる。そこで通常
は、非磁性スリーブもしくは磁石ロールの少なくとも一
方を高速で回転させることにより現像剤の搬送速度を大
ならしめ、これにより現像効率の向上を図っている。し
かし上記の部材を高速で回転させた場合は、現像剤への
ダメージが大となる、装置駆動系における騒音が大きく
なる等の問題を伴う。そこで荷電性磁性トナーと磁性キ
ャリアからなる現像剤を用い、現像剤を保持する非磁性
スリーブのみを回転させることが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
非磁性スリーブのみを回転させる方式では、装置駆動系
における騒音、現像剤のダメージは改善されるが、非磁
性スリーブを低速で回転させるため現像剤の搬送速度が
小さく、高い現像効率が得られない。したがって本発明
は、磁性トナーと磁性キャリアを混合した現像剤を低速
で搬送しても高い現像効率を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、静電荷像を表
面に有する画像担体に対向して、内部に固定された磁石
部材を有する非磁性スリーブを配置して現像領域を形成
し、結着樹脂と磁性粉とを含有し一方向極性に荷電能力
を有する磁性トナーと、磁性キャリアとを混合してなる
現像剤を前記非磁性スリーブの表面に磁気的に吸着さ
せ、前記非磁性スリーブを回転させることにより前記現
像剤を前記現像領域に搬送させ、前記磁性トナーにより
前記静電荷像を顕像化する現像方法において、前記磁性
キャリアがマグネタイトを主体とする磁性粒子である現
像方法である。

【０００９】すなわち本発明は、現像剤を画像担体の表
面と接触させてそこに形成された静電荷像を現像する場
合、現像剤を保持する非磁性スリーブのみを回転させる
ことにより現像剤を現像領域に搬送させる方法を採用
し、一方向極性に荷電能力を有する磁性トナーと、マグ
ネタイトを主体とする磁性キャリアとを混合してなる現
像剤を用いれば、現像剤を低速で搬送しても高い現像効
率を得ることができることを知見し、本発明を完成し
た。

【００１０】一般にマグネタイトは抵抗が１０⁶〜１０
¹⁰Ω・cm程度で、飽和磁化（σｓ）は８０〜９５emu／ｇ
程度である。本発明において、このような特性を有する
マグネタイトを主体とする磁性キャリアを用いることに
より、高い現像効率が得られるのは、従来のフェライト
系磁性キャリアに比べ磁気特性が高いので、磁気ブラシ
が硬くなり、静電荷像と磁性トナーとをしっかりと接触
させるためと考えられる。磁性キャリアの粒径は、トナ
ーよりも大きいことが望ましく、また粒度分布は２０〜
１００μｍの範囲にあることが望ましい。特に、２０μ
ｍ未満の粒子と１００μｍより大きい粒子がいずれも重
量比率で５％未満であることが望ましい。２０μｍ未満
の粒子が５％以上であると、キャリア付着が生じ易くな
り、１００μｍを越える粒子が５％以上であると感光体
表面を損傷し易くなるからである。

【００１１】上記の磁性キャリアは、例えば、粒径が１
μｍ以下の微細な湿式法により作成されたマグネタイト
を混合機により適当な溶媒中で攪拌し、得られたスラリ
ー（固形分濃度は４０〜７０％程度）をスプレードライ
ヤーにより造粒し、次いで造粒された球形粒子を窒素雰
囲気中で焼成することにより得られる。

【００１２】本発明において使用される一方向極性に荷
電能力を有する磁性トナーは、図１に示す装置によりそ
の特性を確認することができる。この装置は、金属ドラ
ム１と、それに近接配置された非磁性金属材料からなる
円筒形のスリーブ２と、スリーブ２の内部に固設された
磁石ロール３と、スリーブ２上の磁性トナー５の厚みを
規制するドクター部材４と、金属ドラム１とスリーブ２
との間に接続された電圧源６とにより構成される。図１
で、Ｘ、Ｙはそれぞれ金属ドラム１およびスリーブ２の
回転方向を示す。

【００１３】上記の装置において、電圧源６によりスリ
ーブ２に印加する直流のバイアス電圧を変化させると、
金属ドラムに付着する磁性トナー５の量が変化する。図
２は負の帯電極性を有する磁性トナーの付着量を示した
もので、バイアス電圧が負の場合にはより多くの磁性ト
ナー５が金属ドラム１の表面に付着し、一方バイアス電
圧が正の場合には、電流は観察されるものの磁性トナー
５の金属ドラム１表面への付着量はわずかであることを
示している。

【００１４】ここで、一般に磁性トナーを構成するトナ
ー粒子の金属表面への付着力は、トナー粒子の持つ電荷
により金属表面に形成される鏡像との相互作用によると
考えられる。一方、金属表面に付着した、帯電トナー粒
子とその鏡像との間に形成される電界は、トナー粒子の
持つ電荷と再結合しそれを中和する方向に働くが、トナ
ー電荷はこの中和力に打ち勝って保持される。これに対
して逆極性の電荷は鏡像との間で形成される電界によっ
て容易に電荷が再結合してしまい、トナーのスリーブに
対する付着力は消滅すると考えられる。

【００１５】このような現象は磁性トナーの電荷保持能
力が正極性側と負極性側とで大幅に異なること、あるい
は、電荷の極性により対導電性表面に対する電位障壁が
大きく異なることを意味し、電子写真による画像形成に
とって重要な特性となる。すなわち、感光体に対して
も、正負の電位に対し現像性が著しく異なり、所定の極
性で大きな現像性能を得られる。

【００１６】本発明で一方向極性に荷電能力を有する磁
性トナーを用いる理由は上述したことに基くものであ
る。この磁性トナーで現像する場合、良好な現像性能を
有する反面、トナー単独で使用すると、トナー自体から
電荷が抜けにくいので現像剤支持部材（非磁性スリー
ブ）の表面に付着したり、あるいは帯電凝集を生じ易く
なる。しかし、この磁性トナーと本発明にかかる磁性キ
ャリアとを混合して使用することにより、上記不具合は
解消され、長期にわたり安定した画像形成を行うことが
可能となる。

【００１７】次に磁性トナーの好ましい構成材料、物性
について述べる。磁性トナーは、定着用樹脂及び磁性粉
を含有したトナー粒子により構成されている。前記定着
用樹脂は基本的には定着方式によって定めればよく、例
えば加熱定着方式の場合は、スチレン系樹脂、ポリエス
テル樹脂、エポキシ樹脂等あるいはこれらの混合樹脂が
望ましい。前記磁性粉は、マグネタイト、フェライトに
代表される鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性を示す
金属もしくは合金またはこれらの元素を含む化合物など
を用い得るが、色相や磁気特性の点からマグネタイトが
好適である。磁性粉の含有量は、それが多くなるとトナ
ーの電荷保持能力が低下するもしくはスリーブに吸着さ
れる力が強まって、一方向極性の荷電能力を持ったトナ
ーとすることが困難になるので、６０重量％以下とする
のが望ましい。ただし磁性粉の含有量が少なすぎると、
トナーの飛散が生じ易くなるので１０重量％以上とする
のが望ましい。この場合トナーの飽和磁化は、通常のマ
グネタイトを使用した場合で８〜４１ｅｍｕ／ｇ程度と
なる。

【００１８】また本発明では、上記の成分の他に、トナ
ーに一方向極性に電荷を強くもたせるためにニグロシン
系染料や含金属アゾ系染料等の電荷制御剤を添加するこ
とが望ましい。更に、流動性改質剤（シリカ、アルミナ
等）や抵抗調整剤（カーボンブラック等）を添加しても
よい。

【００１９】磁性トナーは、上記の材料により粉砕法、
スプレードライ法あるいは重合法などの公知の手法によ
り調整することができる。本発明で使用する磁性トナー
の好ましい物性は次の通りである。粒度分布は５〜２０
μmの範囲にあればよいが、好ましい範囲は５〜１６μm
である。但し、粒径６μm以下の粒子が多くなると地カ
ブリが生じ易くなるので、６μm以下の粒子は全体の２
０重量％以下が良い。比抵抗は転写性の点から１０¹⁴Ω
・cm以上あればよい。

【００２０】現像剤は、上記の本発明にかかるマグネタ
イトを主体とする磁性キャリアと上記の磁性トナーとを
混合して調整されるが、現像領域における現像剤中の磁
性トナーの含有量（トナー濃度）が重量で１０〜９０％
の広い範囲で使用できる。トナー濃度の好ましい範囲は
１０〜６０％であり、より好ましい範囲は１０〜４０％
である。最も好ましい範囲は２０〜３０％である。

【００２１】

【実施例】本発明の一実施例を図面に基づいて説明す
る。図３は本発明に使用される現像装置の一例を示す断
面図である。図３において、７は画像担体であり、例え
ば導電性基板７ａの上に光導電性層７ｂを形成したもの
が使用される。画像担体７は、矢印Ｘ方向に回転され、
その表面には、帯電および露光により静電荷像（図示せ
ず）が形成される。８は非磁性体からなるスリーブで、
画像担体７と対向して、回転自在に配置されそれとの間
に現像領域Ｚを形成する。

【００２２】９は、スリーブ８の内部に固定して設けら
れた磁石ロールである。磁石ロール９は、表面に複数個
の磁極を有する永久磁石１０とそれを支持する軸１１と
を有している。永久磁石１０の磁極のうち一磁極（図中
Ｎ₁で示し、以下現像磁極という）は現像領域に位置し
ている。他の磁極（Ｎ₂ 、Ｓ₁、Ｓ₂）は現像剤１２を搬
送するための磁極である。この現像剤１２は磁性キャリ
アと磁性トナーとの混合粉体であり、現像剤槽１３に収
容されている。補充用磁性トナーは、例えば現像剤槽１
３の上部に設けられたトナーカートリッジ（図示せず）
から補給される。１４はドクターブレードであり、ス
リーブ８の表面に吸着され現像領域Ｚに搬送される現像
剤の厚みを規制するためにスリーブ８に対して所定の間
隙をもって設置されている。

【００２３】上記の現像装置によれば、スリーブ８上に
吸着された現像剤１２は、スリーブ８を適当な駆動手段
（図示せず）により矢印Ｙ方向に回転させることにより
それと同方向に搬送される。ドクターブレード１４によ
り一定の厚みに規制された現像剤１２が現像領域Ｚに至
ると、そこで形成された磁気ブラシが画像担体７の表面
を摺擦して静電荷像の現像が行なわれる。

【００２４】上記のようなスリーブ回転方式の現像装置
により高品質の画像を得るためには、次のような現像条
件を設定することが望ましい。良質の画像を得る上で最
も基本的な条件は、現像剤の搬送方向が現像領域におい
て画像担体の移動方向と同方向であり、かつ、スリーブ
の表面移動速度（Ｖ₁）が画像担体の表面移動速度
（Ｖ₂）の１．５〜５．０倍の範囲にあることである。
すなわち磁気ブラシで画像担体表面を摺擦する際、磁気
ブラシの先端が画像担体表面と軟らかく、かつ均一に接
触することである。

【００２５】そのため本発明では、図３に示すようにス
リーブ８を現像領域Ｚにおいて画像担体７と同方向に移
動するように回転させる。また、現像剤の搬送速度が遅
いと、現像領域に搬送される現像剤の量が減少するので
画像濃度が低下するとともに、地カブリが増大する。そ
こで本発明では、高濃度でかつ地カブリの少ない画像を
得るためにＶ₁／Ｖ₂（以下、速度比ともいう）を１．５
以上とする。一方現像剤の搬送速度が過大になると、ト
ナーに加わるダメージが大きくなりまたトナーが飛散し
易くなるので、Ｖ₁／Ｖ₂は５．０以下とする。また速度
比の好ましい範囲は、２．０〜４．５であり、より好ま
しい範囲は３．０〜４．０である。

【００２６】また現像磁極（Ｎ₁）の強さによっても画
質は変化するが、本発明ではこれを７００〜１２００Ｇ
（スリーブ８上での値、以下も同様）とする。Ｎ₁極の
磁束密度が７００Ｇより小さいと、磁性キャリアおよび
磁性トナーがスリーブから離脱し易くなり、キャリア付
着および地カブリが生じ易くなり、また解像度の低下も
招く。一方Ｎ₁極の磁束密度が１２００Ｇより大きい
と、磁性トナーをスリーブ８上に磁気的に拘束する力が
強すぎて、トナーに対するスリーブ側への吸引力が増し
て、画像濃度が低下する。Ｎ₁極の磁束密度の好ましい
範囲は８５０〜１１５０Ｇである。

【００２７】感光体の表面電位は感光体の種類によって
定まるが、例えば有機光導電体の場合は電圧の絶対値が
４００〜７００Ｖの範囲が好ましい。また有機光導電体
上の静電荷像を反転現像する場合には、スリーブに表面
電位と同極性での０．６〜０．９倍のバイアス電圧を印
加することにより高濃度でかつ地カブリの少ない画像が
得られる。また現像ギャップは０．２〜０．５mmの範囲
で設定すると磁気ブラシと感光体との接触状態が良好に
なる。ドクターギャップは現像ギャップと同程度ないし
若干マイナス設定でよい。

【００２８】本発明において、キャリアおよびトナーの
磁気特性は、振動試料型磁力計（東英工業社製ＶＳＭ−
３型）を用いて最大１０ＫＯｅ磁場を印加して測定した
値である。キャリアおよびトナーの体積抵抗は、サンプ
ルを少量（キャリアの場合は数十ｍｇ、トナーの場合は
十数ｍｇ）計り取り、ダイアルゲージを改良した内径
３．０５ｍｍ（断面積＝０．０７３ｍ²）のテフロン
（商品名）製シリンダー中に充填し、０．１Ｋｇの圧力
下、Ｄ・Ｃ２００Ｖ／ｃｍの電場でキャリアの抵抗を、
Ｄ・Ｃ４ＫＶ／ｃｍの電場でトナーの抵抗を測定し［横
河ヒューレットパッカード社製絶縁抵抗計（４３２９Ａ
型）］、算出した。トナーの粒径は粒度分布計［コール
ターエレクトロニクス社製コールターカウンターモデル
ＴＡ−２］により測定した値である。トナーの帯電量
は、ブローオフ摩擦帯電量測定器（東芝ケミカル社製Ｔ
Ｂ−２００型）により、基準キャリアとしてフェライト
キャリア（日立金属製ＫＢＮ−１００）を用い、トナー
濃度５重量％にて測定した。

【００２９】（実施例１）磁性トナーと表１に示す磁性
キャリアとを混合して、トナー濃度５０％の現像剤を調
整した。磁性トナーは、スチレン−ｎブチルメタクリレ
ート共重合体（Ｍｗ：２１×１０⁴、Ｍｎ：１．６×１
０⁴）５４重量部、マグネタイト（戸田工業社製ＥＰＴ
−５００）４０重量部、ポリプロピレン（ビスコール５
５０Ｐ）５重量部、および含Ｃｒアゾ染料（オリエント
化学社製ボントロンＥ８１）１重量部を乾式混合、溶
融混練し、冷却固化後粉砕し、次いで分級後疎水性シリ
カ（日本アエロジル社製アエロジルＲ９７２）０．５重
量部を添加混合して平均粒径１１μｍの磁性トナーを得
た。この磁性トナーの抵抗は、４×１０¹⁴Ω・ｃｍであ
り、摩擦帯電量は−１８μｃ／ｇであった。各実施例の
磁性キャリアは、いずれも抵抗が１０⁸Ω・cmのマグネタ
イトキャリアである。ただし実施例１〜７のキャリアは
マグネタイト（Ｆｅ₃Ｏ₄）からなり、実施例８のキャリ
アはＣｏを添加したマグネタイトからなる磁性粒子であ
る。

【００３０】上記現像剤を使用して次の条件で画像を作
成した。図３において、画像担体７として負極性のＯＰ
Ｃ感光体（外径４０mm）を使用し、これを６０mm／sec
の周速で回転させた。スリーブ８として外径２４mmのＳ
ＵＳ３０４製円筒を使用し、その内部に４極着磁した円
筒磁石（Ｎ₁極＝８５０Ｇ）を配置した。スリーブの回
転数は１５０ｒｐｍとした。現像ギャップ及びドクター
ギャップはそれぞれ０．３５mm及び０．２５mmに設定
し、感光体の表面電位（帯電部）は−５５０Ｖ、残留電
位（露光部）は−５０Ｖとして、スリーブ８に−４５０
Ｖの直流バイアス電圧を印加して反転現像を行なった。
次に現像して得られたトナー像を普通紙に転写し、次い
で加熱ローラ定着（定着温度１９０℃、定着圧力１kg／
cm、ニップ幅４mm）を行なった。

【００３１】上記の画像評価結果を表１に示す。比較例
として、磁性キャリアとしてＮｉ−Ｚｎフェライトを用
いたこと以外は上記と同様の条件で作像した。その画像
評価結果を同じく表１に示す。

【００３２】

【表１】（注）○：良好、△：やや悪い

【００３３】表１の結果から、スリーブを低速で回転し
てもマグネタイトからなる磁性キャリアを用いた場合、
Ｎｉ−Ｚｎフェライトを用いた場合に比し、画像濃度
（ＩＤ）が高く、地カブリが発生しにくいことがわか
る。また、実施例７および８から保磁力の高い磁性キャ
リアを用いる場合には、連続印刷時の画像濃度低下が若
干ではあるが改善されることがわかる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、現像
剤を低速で搬送しても、地カブリの少ない高品質の画像
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用する磁性トナーの帯電特性を測定
するための装置を示す断面図である。

【図２】図１の装置で測定された磁性トナーの帯電特性
を示す図である。

【図３】本発明を実施する現像装置の一例を示す断面図
である。

【符号の説明】

７・・・画像担体、８・・・スリーブ、９・・・磁石ロ
ール、１２・・・現像剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電荷像を表面に有する画像担体に対向
して、内部に固定された磁石部材を有する非磁性スリー
ブを配置して現像領域を形成し、結着樹脂と磁性粉とを
含有し一方向極性に荷電能力を有する磁性トナーと、磁
性キャリアとを混合してなる現像剤を前記非磁性スリー
ブの表面に磁気的に吸着させ、前記非磁性スリーブを回
転させることにより前記現像剤を前記現像領域に搬送さ
せ、前記磁性トナーにより前記静電荷像を顕像化する現
像方法において、前記磁性キャリアがマグネタイトを主
体とする磁性粒子であることを特徴とする現像方法。