JPH07209994A

JPH07209994A - 現像方法

Info

Publication number: JPH07209994A
Application number: JP612494A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Ochiai; 正久落合; Masumi Asanae; 益実朝苗; Koji Noguchi; 浩司野口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1994-01-25
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】小型化が可能であり、現像ギャップが大であ
っても高品質の画像を形成できる現像方法を提供する。【構成】静電荷像を担持して移動する像担持手段上の
静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する現像方法にお
いて、現像剤支持手段を、表面に複数個の磁極を設けか
つ円筒状に一体成形すると共に体積固有電気抵抗を１０
⁶Ω・cmより大に形成した永久磁石部材によって構成
し、像担持手段と現像剤支持手段との間隙より小なる層
厚の絶縁性トナーを含有する磁性現像剤を現像剤支持手
段の表面に吸着させて現像領域に搬送し、現像領域にお
いて像担持手段と磁性現像剤との間に直流バイアスに交
流バイアスを重畳させた交互電界を印加し、像担持手段
上の静電荷像を顕像化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、静電荷像を担持する像
担持手段の表面に形成された静電荷像を、円筒状に一体
に成形された永久磁石部材からなる現像剤支持手段の表
面に吸着保持された磁性現像剤を使用し、所謂ジャンピ
ング現像によって現像する現像方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来電子写真や静電記録を利用した画像
形成方法においては、光導電体若しくは誘電体等からな
る画像担持体の表面に形成された静電荷像を、例えば永
久磁石部材を内蔵すると共にこの永久磁石部材と相対回
転自在に嵌挿してなるスリーブからなる現像手段を使用
し、磁性現像剤からなる所謂磁気ブラシによって摺擦し
てトナー像として現像する。次いでこのトナー像を直接
定着するか、若しくはトナー像を普通紙などの転写シー
ト上に転写した後定着して最終画像を得ている。しかし
ながらこの磁気ブラシ法においては、磁性現像剤からな
る磁気ブラシが静電荷像を形成する画像部のみならず非
画像部にも接触するため、地カブリが発生し易い。

【０００３】そこで現像領域における画像担体の表面と
スリーブの表面との間隙より小なる層厚の磁性現像剤を
使用し、磁性現像剤中のトナーを静電荷像上に転移させ
る所謂ジャンピング現像による現像方法も知られている
（例えば特公昭５８−３２３７７号、同６３−７８８号
公報等参照）。このジャンピング現像法においては、中
間調の再現性（階調性）を高めるために、現像領域にお
いてＡＣバイアスが印加される。

【０００４】図２は従来のジャンピング現像方法の例を
示す要部横断面図である。図２において１は現像剤槽で
あり、磁性現像剤２を収容すると共に、その下方に複数
個の永久磁石３を備え円柱状に形成した永久磁石部材４
と、非磁性金属材料（例えばＳＵＳ３０４）により中空
円筒状に形成したスリーブ５とを同軸的にかつ相対回転
自在に構成してなる現像ロール６を設ける。

【０００５】７は感光体ドラムであり、矢印方向に回転
自在に形成し、現像ロール６と間隙ｇを介して対向させ
てある。８はドクターブレードであり、現像剤槽１に設
けられ、現像ロール６と間隙ｔを介して対向させ、現像
ロール６を構成するスリーブ５上に吸着される磁性現像
剤の層厚を規制するものである。９は交流電源であり、
感光体ドラム７とドクターブレード８間に接続し、交流
バイアスを印加するためのものである。なお間隙ｇはス
リーブ５上の磁性現像剤の層厚より大に設定してある。

【０００６】上記の構成により、永久磁石部材４を固定
してスリーブ５を矢印方向に回転させると、磁性現像剤
２がスリーブ５上に吸着されて搬送され、感光体ドラム
７と対向する現像領域に至ると、感光体ドラム７上に形
成されている静電荷像の電界によって、磁性現像剤２が
永久磁石部材４によるスリーブ５への吸着力に打ち勝っ
て転移する。これにより静電荷像を現像することができ
るのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなジャンピ
ング現像方法においては、スリーブ５上の磁性現像剤２
の層厚は、通常の磁気ブラシ接触現像方法における0.２
〜0.４mmよりも薄く、例えば0.１mm程度の薄層であるの
が一般的である。このため永久磁石部材４およびスリー
ブ５の外周面の真円度および同心度を向上させる必要が
あり、高精度の加工を行なう必要がある。

【０００８】一方スリーブ５の外周面は磁性現像剤２を
永久磁石部材４による磁気的吸引力によって吸着し、摩
擦力によって搬送するのであるが、搬送性を向上させる
ために、例えばブラスト加工を施すことにより表面の粗
さを大に形成してあるのが通常である。しかしながら使
用中に摩耗が進行し、摩擦係数が変化し、若しくは局部
的変化も発生することにより、吸着される磁性現像剤２
の層厚が変化し、現像性が低下するという問題点があ
る。ジャンピング現像方法におけるスリーブ５上の磁性
現像剤の層厚は前記のように薄層の小寸法であるため、
スリーブ５の表面状態の僅かな経時変化であっても、現
像性に及ぼす影響は極めて大である。

【０００９】またプリンター等の小型化のため、現像ロ
ール６を構成するスリーブ５を省略し、永久磁石部材４
のみを使用し、静電荷像を磁気ブラシ法によって現像す
る現像方法も提案されている（例えば特開昭６２−２０
１４６３号公報参照）。このような現像方法において
は、磁性現像剤からなる磁気ブラシの高さの半分程度が
感光体ドラム７の表面と接触するようになっている。

【００１０】しかしながらこのような形態の磁気ブラシ
現像方法においては、永久磁石部材４の精度が不充分で
あると、振れが影響して画像ムラが発生する。そこで現
像領域における感光体ドラム７と永久磁石部材４との表
面間の間隙、すなわち現像ギャップを広げると、それに
対応させてドクターブレード８と永久磁石部材４表面と
の間隙、すなわちドクターギャップも広げる必要があ
る。しかしながらドクターギャップが大であると、磁性
現像剤２中のトナーに充分な摩擦電荷を付与することが
できず、地カブリを発生し易くなるという問題点があ
る。

【００１１】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、画像形成装置の小型化が可能であると共に、現
像ギャップが大であっても高品質の画像を形成し得る現
像方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【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、静電荷像を担持して移動する像
担持手段上の静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する
現像方法において、現像剤支持手段を、表面に複数個の
磁極を設けかつ円筒状に一体成形すると共に体積固有電
気抵抗を１０⁶Ω・cmより大に形成した永久磁石部材に
よって構成し、像担持手段と現像剤支持手段との間隙よ
り小なる層厚の絶縁性トナーを含有する磁性現像剤を現
像剤支持手段の表面に吸着させて現像領域に搬送し、現
像領域において像担持手段と磁性現像剤との間に直流バ
イアスに交流バイアスを重畳させた交互電界を印加し、
像担持手段上の静電荷像を顕像化する、という技術的手
段を採用した。

【００１３】本発明における永久磁石部材は、フェライ
ト磁石のみに限らず、磁性粉と樹脂材料とを主成分とす
る樹脂磁石であってもよい。またこの永久磁石部材は、
シャフトの外周に上記磁石をロール状に一体に形成した
ものでも、あるいはシャフトを含めて全体を磁石材料で
形成したものでもよい。但し、この永久磁石部材は、現
像ムラを防止するために、円周方向および軸方向に継目
がなく、全体が一体に形成されていることが必要であ
る。

【００１４】上記永久磁石部材の表面には、異極性の磁
極が微小間隔を置いて円周方向に交互に配設されている
ため、磁極数が増加すると表面磁束密度が減少する。一
方磁性現像剤の飛散防止の点から、永久磁石部材の表面
磁束密度は５０Ｇ以上であることが好ましく、またトナ
ーが像担持体の表面に形成された静電荷像に付着し易く
するために、１２００Ｇ以下であることが好ましい。ま
た磁極数は、上記表面磁束密度５０〜１２００Ｇに対応
する８〜６０極とすることが好ましい。なお上記表面磁
束密度のより好ましい範囲は１００〜８００Ｇである。

【００１５】次に磁極数を大にすると、永久磁石部材の
周囲に形成される磁界が小さくなり、永久磁石部材の表
面への磁性現像剤の付着量が少なくなる。このため永久
磁石部材の表面に形成される磁性現像剤層の厚さが不均
一となり易いので、このような非所望な現象を防止する
ために永久磁石部材を高速で回転させる必要がある。し
かしながら永久磁石部材の回転速度が早すぎると、駆動
トルクが大になったり、磁性現像剤を構成するキャリア
の摩耗が発生する。一方上記回転速度が遅すぎると、画
像に濃度ムラが発生する。従って永久磁石部材の周速Ｖ
ｍ（mm／秒）は像担持体の周速Ｖｐ（mm／秒）の１〜１
０倍に設定することが好ましく、より好ましくは２〜６
倍である。

【００１６】次に永久磁石部材の外径をＤ（mm）、表面
に設けられる磁極数をＭとすると、下記の式で表される
ｈ（mm）の値が２より小になるように、Ｄ，Ｍ，Ｖｍを
設定することが好ましい。

【００１７】ｈ＝πＤ・Ｖｐ／Ｍ・Ｖｍ上記ｈは、像担持体の表面が単位時間内に永久磁石部材
の磁極と対面するピッチであるが、ｈが２mm以上である
と、現像ムラが目立つため２mmより小とするのが好まし
く、より好ましくは１mm以下とするのがよい。この場
合、ｈの値を小にするためには、永久磁石部材の磁極数
Ｍと周速Ｖｍを大にすればよいが、磁極数Ｍが多すぎる
と表面磁束密度が低下して、磁性現像剤の飛散が発生し
易く、周速Ｖｍが大きすぎると前記のような不具合が発
生するので、実用上ｈの値は0.４〜1.０mmとするのが好
ましい。

【００１８】また永久磁石部材の表面とドクターブレー
ド先端との間隙であるドクターギャップｔを設ける場合
には、画像品質の点から永久磁石部材と像担持体との間
隙である現像ギャップｇとの差を、（ｇ−ｔ）＝0.２±
0.１５mmとすることが好ましい。なお上記ドクターブレ
ードを永久磁石部材の表面に接触若しくは圧接させてｔ
＝０としてもよい。この場合においては、ドクターブレ
ードをＳＫ材などの磁性材料またはＳＵＳ３０４やリン
青銅などの非磁性材料によって弾性ブレード状に形成
し、その一端を現像剤槽に固定し、他端を前記永久磁石
部材の表面に接触させればよい。

【００１９】次に本発明における永久磁石部材は、半導
電性若しくは絶縁性の材料であるため、バイアス電圧を
印加する場合にはドクターブレードから印加することが
好ましく、この場合ドクターブレードは金属等の導電性
材料によって形成すればよい。

【００２０】直流電圧に重畳させる交流電圧は、２０Ｋ
Ｈｚ以下の比較的低周波のものが好ましく、より好まし
くは１０ＫＨｚ以下である。またピーク・ツウ・ピーク
値Ｖp-p は１００〜２０００Ｖの範囲が好ましく、より
好ましくは２００〜１２００Ｖである。

【００２１】次に二成分系の磁性現像剤としては、予め
所定のトナー濃度に調整されたものを現像剤槽内に投入
するか、または永久磁石部材の表面にキャリアを付着さ
せておき、その後現像剤槽内にトナーのみを補給するよ
うにすればよい。これにより、トナー濃度制御手段が不
要となり、現像装置の小型化が図れる。

【００２２】磁性現像剤を構成するキャリアとしては、
平均粒径が１０〜１５０μｍであり、１０００Ｏｅの磁
界中で測定した時の磁化σ₁₀₀₀が５０ｅｍｕ／ｇ以上の
磁性粒子（鉄粉、フェライト、マグネタイト、樹脂中に
磁性粉が分散されたバインダー型粒子等）を使用するこ
とができる。磁化σ₁₀₀₀が５０ｅｍｕ／ｇより小である
と、キャリア付着が生じ易くなるため好ましくない。な
おキャリアは、特に鉄粉であり、球形のものより偏平状
のものが、キャリア付着が生じにくいため好ましい。

【００２３】更にキャリアの平均粒径は１０〜５０μｍ
のものが特に好ましい。これは平均粒径が５０μｍ以下
であると、トナーの帯電量が充分に得られるが、平均粒
径が１０μｍより小であるとキャリア付着が生じ易くな
るからである。

【００２４】なおキャリアは上記の磁性粒子を２種以上
混合したものでもよい。例えば平均粒径が６０〜１２０
μｍの大粒径の磁性粒子と、平均粒径が１０〜５０μｍ
の小粒径の磁性粒子とを、あるいは平均粒径が１０〜５
０μｍの小粒径のバインダー型磁性粒子とを混合しても
よい。混合比率は磁性粒子の大きさや磁気特性などを考
慮して定めればよい。

【００２５】次に上記キャリアと混合させるべきトナー
としては、磁性若しくは非磁性の何れのものでもよい
が、転写性を向上させる点から体積固有抵抗が１０¹⁴Ω
・cm以上の絶縁性のものが好ましく、またキャリアとド
クターブレードとの摩擦により帯電し易いもの（摩擦帯
電量が１０μｃ／ｇ以上）が好ましい。

【００２６】トナーの組成は通常使用されるトナーと同
様に、結着樹脂（スチレン−アクリル系共重合体、ポリ
エステル樹脂等）、着色剤（カーボンブラック等、但し
後述する磁性粉としてマグネタイトを使用する場合には
特に添加しなくてもよい）を必須成分とし、任意成分と
して磁性粉（マグネタイト、ソフトフェライト等）、帯
電制御剤（ニグロシン、含金属アゾ染料等）、離型剤
（ポリオレフィン等）、流動化剤（疏水性シリカ）を含
有（内添および／または外添）したものを使用できる。
なお磁性トナーとする場合は、磁性粉が少ないとトナー
飛散が多くなり、一方磁性粉が多いと定着性が低下する
ので、２０〜７０重量％の範囲とするのが好ましい。ま
た着色剤を適宜選定することにより、カラートナーを作
製することもできる。

【００２７】本発明において磁性現像剤としては、磁性
トナーのみからなるものは勿論、磁性トナーと磁性キャ
リアとの混合体（トナー濃度１０〜９０重量％）および
非磁性トナーと磁性キャリアとの混合体（トナー濃度５
〜６０％）のものを使用できる。

【００２８】なお上記磁化の値の測定は、振動試料型磁
力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）を使用し、トナーの平
均粒径（体積）は、粒度分析計（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−II）を使
用して測定した。

【００２９】また体積固有抵抗は、ＤＣ４ＫＶ／cmの電
場で、内径3.０５mmのテフロン（商品名）製シリンダー
中に試料を１０数mg充填し、１００ｇｆの荷重を印加し
て、絶縁抵抗計（横河ヒューレットパッカード製４３２
９Ａ型）により測定した値である。更に摩擦帯電量は市
販のブローオフ摩擦帯電量測定器（東芝ケミカル製ＴＢ
−２００型）により、トナー濃度５％（標準キャリアと
してフェライトキャリア（日立金属製ＫＢＮ−１００）
を使用）にて測定した値である。

【００３０】

【作用】上記の構成により、スリーブを欠如する構成の
現像剤支持手段である小型のものを使用し、かつ現像ギ
ャップの比較的広いジャンピング現像によっても、地カ
ブリのない高品質の画像を現像することができるのであ
る。

【００３１】

【実施例】図１は本発明の実施例における現像手段の例
を示す要部横断面図であり、同一部分は前記図１と同一
の参照符号で示す。図１において永久磁石部材４は体積
固有抵抗が１０⁶Ω・cmを超える半導電性ないし絶縁性
の例えば等方性フェライト磁石により形成し、外周面に
軸方向に延びる複数個の磁極を設け、円柱状に形成し、
現像剤槽１の下方に回転自在に設ける。１０は直流電源
であり、ドクターブレード８と感光体ドラム７との間に
接続すると共に、永久磁石部材４の表面に吸着搬送され
る磁性現像剤２と感光体ドラム７との間に、直流バイア
スに交流バイアスを重畳させた交互電界を印加可能に形
成する。

【００３２】上記現像手段により、まず磁性トナーのみ
からなる磁性現像剤２を使用して画像形成した結果につ
いて記述する。使用した磁性トナーは磁性粉を含有する
平均粒径９μｍの負帯電性のものであり、体積固有抵抗
５×１０¹⁴Ω・cm、摩擦帯電量−１５μｃ／ｇである。
なお配合比は重量比で、スチレン−ｎブチルメタクリレ
ート共重合体（Ｍｗ＝２１×１０⁴，Ｍｎ＝1.６×１０
⁴）５５、磁性粉（戸田工業製ＥＰＴ５００）４０、
ポリプロピレン（三洋化成製ＴＰ３２）３、帯電制御
剤（オリエント化学製ボントロンＳ３４）２部とし
た。

【００３３】一方感光体ドラム７はＯＰＣにより形成
し、表面電位−７００Ｖ、周速２５mm／秒とした。永久
磁石部材４は外径２０mm、３２極、表面磁束密度２５０
Ｇに形成し、現像ギャップ0.３mm、ドクターギャップ0.
１mmに形成し、直流バイアス電圧−５５０Ｖとした。表
１は交流バイアス電圧を変化させた場合の画像評価結果
である。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１から明らかなように、Ｎo.１において
は交流バイアス電圧が低いこともあって画像濃度が低い
値を示している。交流バイアス電圧の上昇に伴って画像
濃度も向上するが、Ｎo.５においてはカブリ濃度の値が
高くなり、画質の低下が認められる。チリおよび細線ム
ラに関しては何れのものにおいても異常は認められな
い。

【００３６】次に上記磁性トナーと平均粒径４０μｍの
偏平鉄粉（スチレン−アクリレート共重合体によって表
面を被覆、体積固有抵抗１０⁸Ω・cm）からなる磁性キ
ャリアとを混合してなる磁性現像剤（トナー濃度５０
％）により、前記同様の画像評価を行なった結果を表２
に示す。この場合現像ギャップ0.５mm、ドクターギャッ
プ0.２mm、直流バイアス電圧−５５０Ｖとした以外は、
前記磁性トナーのみからなる磁性現像剤におけるものと
同一の現像条件とした。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２から明らかなように、チリ、細線ムラ
のない画像が得られるが、交流バイアス電圧の高いＮo.
９においてカブリ濃度が高い値を示すことが認められ
た。更にスチレン−ｎブチルメタクリレート共重合体８
５重量部、カーボンブラック（三菱化成工業製＃５
０）１０重量部、ポリプロピレン（三洋化成製ＴＰ３
２）３重量部、帯電制御剤（オリエント化学製ボント
ロンＳ３４）２重量部を配合してなる非磁性トナー（平
均粒径９μｍ、体積固有抵抗６×１０⁴Ω・cm、摩擦帯
電量−２３μｃ／ｇ）と平均粒径２５μｍの偏平鉄粉
（表面被覆なし）からなる磁性キャリアとを混合してな
る磁性現像剤により画像評価した結果を表３に示す。こ
の場合、永久磁石部材４は１６極、表面磁束密度３５０
Ｇに形成し、トナー濃度、現像ギャップ、ドクターギャ
ップおよび直流バイアス電圧を変化させた以外は、前記
のものと同様である。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３から明らかなように、トナー濃度、現
像ギャップ、ドクターギャップおよび直流バイアス電圧
が一定の場合には、Ｎo.１０〜１４において交流バイア
ス電圧の高いものは画像濃度が高い値を示す。次に磁性
現像剤中のトナー濃度が高くなると、画像濃度もまた高
くなるが、Ｎo.１８においてはカブリ濃度が高くなり、
画質が低下することが認められる。またドクターギャッ
プを大にしても（Ｎo.１９，２０）、それの小なるもの
（Ｎo.２１）と比較して画像濃度の大幅な低下は認めら
れない。なおチリ、細線ムラは何れのものにも認められ
なかった。

【００４１】

【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、下記の効果を奏し得る。

【００４２】(1) 現像ロールの構成部材を永久磁石部材
のみとしたものであるため、現像装置を小型化すること
ができ、画像形成装置全体を小型化することができる。 (2) 磁性現像剤の支持手段である永久磁石部材が硬質で
あるため、表面の摩耗が少なく、経時変化が少なく、耐
久性を向上させ得る。

【００４３】(3) 現像ギャップを大にしても安定した高
品質の画像を得ることができる。 (4) 磁性現像剤中のトナー濃度を広い範囲に設定できる
ため、例えばトナー濃度制御手段を使用する必要がな
く、装置全体をコンパクト化し得る。

【００４４】(5) 現像ロールを構成する永久磁石部材を
必要以上に高精度加工する必要がなく、製作コストを低
減させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における現像手段の例を示す要
部横断面図である。

【図２】従来のジャンピング現像方法の例を示す要部横
断面図である。

【符号の説明】

４永久磁石部材７感光体ドラム９交流電源１０直流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電荷像を担持して移動する像担持手段
上の静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する現像方法
において、現像剤支持手段を、表面に複数個の磁極を設けかつ円筒
状に一体成形すると共に体積固有電気抵抗を１０⁶Ω・
cmより大に形成した永久磁石部材によって構成し、像担
持手段と現像剤支持手段との間隙より小なる層厚の絶縁
性トナーを含有する磁性現像剤を現像剤支持手段の表面
に吸着させて現像領域に搬送し、現像領域において像担
持手段と磁性現像剤との間に直流バイアスに交流バイア
スを重畳させた交互電界を印加し、像担持手段上の静電
荷像を顕像化することを特徴とする現像方法。