JPH0743546B2

JPH0743546B2 - 現像方法

Info

Publication number: JPH0743546B2
Application number: JP61025746A
Authority: JP
Inventors: 秀行赤木; 健橋本; 保夫山本; 健嗣小木; 孝史今井
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1995-05-15
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPS62184473A

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、静電記録等における、現像剤を用い
た現像方法に関し、更に詳しくはキャリアを用いる必要
の無い一成分現像剤を用いた現像方法に関する。

［従来の技術］電気的潜像の形成法は従来周知であり、例えば電子写真
法においては、通常光導電体層を帯電させた後、原稿に
基いた光像を照射し、光照射部分の静電荷を減少または
消滅させて静電潜像を形成する。次いでこの潜像をトナ
ーと呼ばれる現像剤で現像する。潜像を現像する方法と
しては、例えば米国特許2874063号明細書に記載されて
いる磁気ブラシ法、同2618552号明細書のカスケード法
の他、液体現像法等に代表されるトナー及びキャリアか
らなる二成分現像方法、例えば米国特許第3909258号明
細書の誘電現像法、同米国特許第3166432号明細書のタ
ッチダウン法の他、充電現像法、ジャンピング法、イン
プレッション法、パウダークラウド法、ファーブラシ法
に代表されるトナーのみからなる一成分現像方法が知ら
れている。これらの現像方法において、トナー及びキャ
リアからなる二成分現像方法は比較的安定した良好な画
像の得られる優れた現像方法であるが、反面キャリアの
劣化、トナーとキャリアの混合比によって現像剤の電気
的特性が変動するという不安定さが基本的に存在する。
又、現像機も重量、スペース、コスト等を大幅に低下さ
せることが難しい。

また非磁性一成分系トナーを層形成部材により所定厚み
（単層あるいは二層）に形成すると同時に層形成部材と
の摩擦帯電により所定電荷量を付与せしめたトナー層を
形成するトナー層形成方法においてはトナー粒子、特に
磁性粉を含まない非磁性トナーを用いる場合にはトナー
粒子の均一な帯電層を形成し、維持することが極めてむ
つかしい。例えば非磁性一成分トナーを用いた場合、初
期には良好な帯電性と層形成が得られるものであって
も、連続使用あるいは使用環境が変化することによっ
て、トナー層形成部材間の摩擦帯電性が変わり、場合に
よっては、十分な帯電がなされず、均一な層形成が行な
われなかったり、またトナーが極度に帯電してしまい担
持体上でトナーの凝集が生じてしまうために均一な層形
成が行なわれず、結果として良好な現像がなされず、画
像が得られなかったり、得られる画像の濃度が不均一で
あったり、あるいはカブリが発生するという欠点を有し
ていた。

従って本発明の目的は上記欠点を改善し原稿に忠実で鮮
明な画像の得られる現像方法を提供することにある。

本発明の他の目的は画像再現の繰返し安定性に優れた現
像方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は画像再現の温度、湿度等の環境
安定性に優れた現像方法を提供することにある。

［問題点を解決するための手段及び作用］本発明者等は鋭意研究を重ねた結果、一成分現像方法に
おいて、トナーに外部から導電性粒子と酸化硅素を添加
し、電気抵抗率を10¹⁴Ωcm以上に調整することにより前
記の問題点を解決できることを見出し本発明を完成し
た。

すなわち、本発明は静電潜像を表面に保持した潜像保持
体と、層形成部材により所定厚み及び所定電荷量を付与
せしめたトナー層を担持したトナー担持体とを現像部に
おいて接触状態もしくは一定の間隔を設けて非接触状態
で対向対置し、前記トナー層のトナーを潜像保持体に移
動せしめることにより可視像化する現像方法において、
トナー層を形成するトナーが外部添加されてなる導電性
粒子と酸化硅素を含有する電気抵抗率が10¹⁴Ωcm以上の
絶縁性非磁性一成分系現像剤であることを特徴とする現
像方法である。

前記の問題点を解決できることを見出し本発明を完成し
た。

本発明の現像方法は、トナーとして磁性粉を含まない非
磁性トナーを用いる場合を対象とするが、磁性のトナー
を用いる場合についても改善効果が認められる。本発明
により非磁性トナーを用いる場合に特に高い改善効果が
認められる理由としては、内部に磁性粉を含まない非磁
性一成分トナーを用いる現像方法では、静電潜像面へ層
形成部材によって均一なトナー層を形成すること及びそ
のトナー層を搬送することの困難さ、良好な現像／転写
性を発現し維持することの困難さ等があることによる。

本発明の現像方法による導電性粒子の添加は、トナー担
持体上でのトナーの均一な薄層の形成、トナー層の搬送
性、及びトナーの帯電性（繰り返り安定性、環境安定
性）を良好なものにしている。

キャリアを用いない一成分現像剤の場合には、一般にト
ナーの帯電効率が低く、更にトナー担持体上で、トナー
が常に良好なトナー層を形成して一定量搬送される様に
制御することが困難であったが、導電性物質をトナーに
添加することによって、この様な一成分現像剤（特に非
磁性一成分現像剤）固有の問題が解消したのである。

導電性物質の作用機構は必ずしも明らかではないが、ト
ナーの電荷交換を促進し、帯電効率を改善すると共に静
電凝集を防止し、トナーの帯電性、搬送性が制御される
ことによるものと推測される。

よって、導電性物質の電気抵抗率は10¹⁰Ωcm以下、好ま
しくは10⁸Ωcm以下が望まれ、10¹⁰Ωcm以上の高抵抗の
場合は改善効果がみられない。

これら導電性物質としては、例えば金、銀、銅、アルミ
ニウム、鉄、ニッケル等の金属粉末、酸化チタン、酸化
亜鉛、酸化スズ、酸化アルミニウム、酸化鉄、フェライ
ト等の金属酸化物、カーボンブラック、グラファイト等
の無機物、ポリアセチレン、有機電荷移動錯体、アニオ
ン性、もしくはカチオン性のイオン性高分子物質等の有
機半導体、導電体、更にシリカ、ポリマー等を導電物質
で蒸着、メッキ、溶液コート等によって表面処理したも
の等が使用できる。また上記導電性物質に種々の不純物
を加えたものや電気抵抗値を制御したものも使用でき
る。なお、上記導電性物質は単独で、あるいは複数混合
して用いることができる。

本発明においては、外部添加（外添）することにより、
導電性物質をトナー粒子の表面に存在せしめる。外添
は、導電性物質を単にトナーに混合する方法だけでな
く、熱風、溶剤等の手段によってトナー粒子の表面に導
電性物質を固着させる方法により行ってもよい。

使用する導電性物質は粒径１μｍ以下、好ましくは0.3
μｍ以下0.01μｍ以上の粒子に調製して使用するのが望
ましい。導電性物質の粒径が約１μｍ以上の場合はむし
ろ画像を荒らす場合が多く、逆に0.01μｍ以下の場合は
トナー表面の凹凸に隠れてしまうためか効果が小さくな
る傾向がみられる。

導電性物質が過度に添加されると、トナーの電気抵抗率
が低下し、現像、転写性等に悪影響を及ぼす。導電性物
質の添加量はその物質の比重、粒径等に依存するので一
概に規定しえないが、約0.01重量％から約10重量％、好
ましくは約0.1重量％から約５重量％程度使用し、導電
性物質が連続層を形成せず、トナーの電気抵抗率が10¹⁴
Ωcm以上となる様に添加することが重要である。

なお本発明で用いる導電性物質および現像剤は、粉状で
ある為、その電気抵抗率は測定条件等によって異なる
が、本明細書中で規定される導電性物質の電気抵抗率
は、以下の方法で測定したものである。

すなわち直径10mmの下部電極を有するテフロン製シリン
ダーに導電性物質をタップ充填後、直径10mmの上部電極
をのせ、1Kgの荷重をかけた状態で測定したものであ
る。この際導電性物質の電気抵抗率の大きさにより上下
電極間に印加する電場は異なり10⁶Ωcm以上のものに対
しては10³V/cm、印加時の電流値より求めたものであり1
0⁶Ωcm以下の場合はテスター法を用いて測定したもので
ある。

また本導電性物質の粒径は遠心沈降法で測定したもので
あるが、この値は走査型電子顕微鏡で確認したものとほ
ぼ一致する。

本発明の現像方法で用いるトナーの結着樹脂成分として
は、従来電子写真用トナー等の結着樹脂として知られる
各種樹脂材料が用いられる。例えばスチレン、ビニルト
ルエン、α−メチルスチレン、クロルスチレン、アミノ
スチレン等のスチレン及びその誘導体、置換体の単独重
合体や共重合体、メチルメタクリレート、エチルメタク
リレート、ブチルメタクリレート等のメタクリル酸エス
テル類及びメタクリル酸、メチルアクリレート、エチル
アクリレート、ブチルアクリレート、２−エチルヘキシ
ルアクリレート等のアクリル酸エステル類及びアクリル
酸、ブタジエン、イソプレン等のジエン類、アクリロニ
トリル、ビニルエーテル類、マレイン酸及びマレイン酸
エステル類、無水マレイン酸、塩化ビニル、酢酸ビニル
等のビニル系単量体の単独、あるいは他の単量体との共
重合体、エチレン、プロピレン等オレフィン系単独もし
くは共重合体、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタ
ン、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、シリコーン系樹
脂、フッ素系樹脂、フェノール樹脂、石油樹脂、ロジン
及び誘導体、合成及び天然のワックス状物質等を単独も
しくは混合した形で用いることが出来る。

共重合体を結着樹脂として用いる場合、その共重合体は
ランダム共重合体の外、用途に合わせて交互共重合体、
グラフト共重合体、ブロック共重合体、相互慣入型共重
合体等の共重合様式を適宜選択して用いる。又２種以上
の結着樹脂成分を混合して用いる場合は溶融混合、溶液
混合、エマルション混合等の機械的混合の外、結着樹脂
成分の製造時に共存重合、多段重合法等で混合してもよ
い。特に２種以上の成分を均質に混合する場合は後者が
望ましい。

トナーの着色剤成分としては、公知の染顔料を用いるこ
とが出来る。例えばカーボンブラック、マグネタイト、
ニグロシン染料、アニリンブルー、クロムイエロー、群
青、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブル
ー、ジスアゾイエロー等を用いることが出来る。

更にトナーの帯電性の制御が必要な場合は、公知の帯電
制御剤を適宜使用することが出来る。例えば負帯電制御
剤としては含金属染料等の金属キレート類、酸性もしく
は電子吸引性の有機物質、正帯電制御の場合には、ニグ
ロシン、四級アンモニウム塩、その他塩基性電子供与性
の有機物質等がある。この他金属酸化物等の無機物質や
前記有機物質で表面を処理した無機物質を用いても良
い。更に結着樹脂成分自体で帯電制御を行う場合、正帯
電性を付与する際は、ジメチルアミノエチルメタクリレ
ート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、２−ビニ
ルピリジン、４−ビニルピリジン等の電子供与性単量体
成分を含む結着樹脂を用いることが出来る。前述の単量
体成分を用いる場合、アミンの部分を四級アンモニウム
塩化してもよい。又負帯電性を結着樹脂成分に付与する
場合は、メタクリル酸、アクリル酸、ケイ皮酸、無水マ
レイン酸、ビニルスルホン酸、含フッ素アクリレート、
含フッ素メタクリレート等の電子吸引性単量体成分を含
む結着樹脂を用いれば良い。酸系の単量体を用いる場合
も、対カチオンを付加し塩構造を取らせても良い。

トナーには更にトナーの流動性を高める為の添加剤とし
て酸化硅素（コロイダルシリカ等）を適量加える。

現像剤の粉体流動性も含め、上記電気特性及び保存安定
性等を向上させることを目的として、あるいは感光体へ
のトナーフィルミングを防止したり、トナーのクリーニ
ング性を向上させる事を目的として外部添加剤を用いて
もよい。この外部添加剤はステアリン酸等の長鎖脂肪酸
及びそのエステル、アミド、金属塩、更には酸化スズ、
フッ化黒鉛、炭化ケイ素、窒化ホウ素、シリカ、酸化モ
リブデン、酸化セリウム等の微粉末、フッ素系樹脂、ア
クリル系樹脂等の微粉末、多環芳香族化合物、ワックス
状物質、架橋又は非架橋樹脂微粉末等を用いる事が出来
る。臨界表面張力30dyn/cm以下の低表面エネルギーを有
するか、摩擦係数が0.1以下の平滑な表面を有する固体
微粒子あるいは非粘着性、若干の研磨性を有する微粒子
は流動性改善、フィルミング防止の為には特に望まし
い。

尚、更に必要がある場合には、これらの外部添加剤を熱
風等によりトナー粒子表面に固着させる処理等を施して
も良い。

第１図に本発明の現像方法の一実施形態の断面図を示
す。

第１図において、静電潜像保持体１の近傍に設置された
現像機本体２は、静電潜像保持体１側に開口部を有する
ホッパー３を有しており、このホッパー３内にトナー４
が収容されているとともに、ホッパー３の下部には、一
部が開口部より静電潜像保持体１側へ突出するトナー担
持体５が収容されている。トナー担持体５は、表面平滑
もしくは適度な凹凸を有するロール、ベルト等からな
り、図示しない駆動系により、例えば矢印方向へ回転さ
れる。

又必要に応じ、バイアス電源６により直流及び／もしく
は交流バイアス電圧が印加されている。又、トナー担持
体５には、トナー粒子を単層もしくは二層の超薄層状態
に均一に塗布制御する為の機械的層規制部材が設定され
る。層規制部材７は、ブレード、ロール、ブラシ、磁石
で保持された磁性粒子等からなり層規制と共にトナー４
との接触、摩擦等によって帯電電荷を付与することが出
来る。この場合、層規制部材７の材料はトナー４と帯電
列上適度に離れた位置にあるものを用いることが好まし
い。層規制部材７には、必要に応じ直流及び／もしくは
交流電源が接続され、トナー担持体５と層規制部材７の
間に電界が発生するようにされている。この電界は、ト
ナー担持体５と層規制部材７の間に挟まれたトナー４に
微小な振動を伝えることによってトナーの流動性の低下
を防止するので、トナー担持体上で均一な超薄層トナー
層を形成するのに有利である他、上記接触、摩擦による
帯電電荷付与時の増幅作用もしくは電荷注入作用を及ぼ
し得る点で有利である。層規制部材７により超薄層に層
形成が成されたトナー４はトナー担持体５に鏡像力、分
極力等の静電引力及び／もしくはファンデルワールスカ
で担持、搬送され、現像領域に達し、静電潜像保持体１
と接触状態もしくは微小間隔を有して非接触状態で対向
される。こうしてトナー４は静電潜像及び必要に応じて
印加される直流及び／もしくは交流バイアス電圧によ
り、静電潜像保持体１とトナー担持体５との間に形成さ
れる電界によって、単層もしくは二層の均一な超薄層に
制御された状態で静電潜像パターンに応じて付着し現像
が行われる。

なお、以上の本発明の説明は静電潜像の現像法に関して
行ったが、本発明の方法は、必要に応じて入力電気信号
に直接応答して非静電潜像を現像する方法に適用するこ
とも可能である。

［実施例］以下に、本発明を実施例及び比較例により説明するが、
もちろん本発明は、これらの例によって限定されるもの
ではない。

実施例１数平均分子量約15000、重量平均分子量約40000のスチレ
ン/n−ブチルメタクリレート共重合体（組成重量比70/3
0） 90重量部カーボンブラック９重量部含金属染料１重量部を混合し、ロールミルにより溶融混練、ハンマーミルに
よる粗粉砕、エアージェット方式による微粉砕を実施
し、更に分級後、平均粒径12μｍのトナーを得た。

上記トナーに対し疎水性シリカ（R-972、日本アエロジ
ル社製）を1.0重量％及びアンチモンドープ酸化スズ
（粒径約0.3μm,電気抵抗率約10Ωcm）2.0重量％を加
え、高速混合機にてかくはんし現像剤とした。この現像
剤の電気抵抗率は、10³V/cmの電界下のとき、約２×10
¹⁶Ωcmであった。

第１図に示す現像装置において、担持体５はフェノール
樹脂にカーボンブラックを分散させて電気抵抗率10¹⁰Ω
cmに制御したものを使用し、又層規制部材７はステンレ
ス製、厚さ0.1mmのブレード上に変性シリコーンゴムを
厚さ1mmでコーティングしたものを使用した。層規制部
材７は、上記担持体５に約1kg/cmの圧力で接触させた。
このように設定した現像装置を富士ゼロックス社製FX23
00改造マシンに配置し、ウイズモードで近接現像を実施
した。

この時の現像条件は担持体と感光体の距離を300μｍ、
担持体周速を100mm/secに設定し、更に現像バイアスと
して直流成分300V,交流成分1.8KV_p-p、2.5KHzを印加し
た。本発明のトナーを用いて、上記条件の下で現像を実
施したところ、解像度に優れた鮮明な画像が得られた。

上記特性は、環境を変化させて行った10000枚の画像再
現の繰返し実施においても保持され、安定した画質が得
られた。又、トナー層形成性、帯電性は、このランニン
グにおいてほとんど変化無く、又逆極性トナーの発生も
無く、かぶりのない良好な画像を得る事が出来た。

実施例２実施例１において、アンチモンドープ酸化スズの代わり
に酸化チタン（粒径約0.03μｍ、電気抵抗率約10⁹Ωc
m）0.5重量部を用いた以外は、実施例１と同様な組成の
トナーを製造した。実施例１と同様に評価を行ったとこ
ろ、環境、経時変動に関係なく、かぶりのない鮮明で良
好な画像を得ることが出来た。この現像剤の電気抵抗率
は、10³V/cmの電界下のとき、約８×10¹⁵Ωcmであっ
た。

実施例３数平均分子量約2000,重量平均分子約9000のポリエステ
ル樹脂93重量部、カーボンブラック７重量部を用い、実
施例１と同様の方法で平均粒径12μｍのトナーを得た。
このトナーに対し疎水性シリカ（R-972）0.7重量％，カ
ーボンブラック（粒径約0.02μｍ、電気抵抗率10Ωcm以
下）0.5重量％を加え高速混合機にてかくはんし、現像
剤とした。本現像剤を用い実施例１と同一の条件で評価
を行ったところ、かぶりのない鮮明な画像が得られた。
更に環境変動を含む繰返し再現性も安定したものであっ
た。この現像剤の電気抵抗率は、10³V/cmの電界下のと
き、約５×10¹⁵Ωcmであった。

比較例１実施例１において酸化スズを加えずに現像剤を調製し
た。この現像剤に対して実施例１と同一条件で評価を行
ったところ初期的には鮮明な画像が得られたが、低温低
湿の環境において画像濃度のむらが観察された。更に繰
返しテストにおいて画像濃度の低下が生じた。

比較例２実施例３においてカーボンブラックを加えずに現像剤を
調製した。この現像剤を現像機に入れ、施例３と同様に
評価したところ、トナー層にむら及びトナーこぼれが発
生した。更にトナーの帯電性を評価したところ逆極性ト
ナーをかなり含むブロードな電荷分布をしていた。

比較例３実施例３において、カーボンブラックの量を１重量％に
した以外は、同様にして現像剤を調製した。この現像剤
の電気抵抗率は、10³V/cmの電界下のとき、約２×10¹²
Ωcmであった。この現像剤を実施例３と同様に評価した
ところ、カブリの多い画像が得られた。さらに、高温高
湿下では、トナー層厚が極端に低下し、画像濃度の低い
画像しか得られなかった。

［発明の効果］本発明は、トナーに導電性粒子と酸化硅素を外部添加
し、電気抵抗率を10¹⁴Ωcm以上に調製した絶縁性非磁性
一成分トナーを使用する現像方法を提供したものであ
り、原稿に忠実で鮮明な画像が得られること、画像再現
の繰返し安定性に優れること、温度、湿度等の変化に依
らず環境安定性に優れていること等の効果を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる現像工程の一実施形態を示す概
略断面図である。図中符号：１……静電潜像保持体;2……現像機;3……ホッパー;4…
…トナー;5……トナー担持体;6……バイアス電源;7……
層規制部材;8……電源;9……静電潜像。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山本保夫神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロツクス株式会社竹松事業所内 (72)発明者小木健嗣神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロツクス株式会社竹松事業所内 (72)発明者今井孝史神奈川県南足柄市竹松1600番地富士ゼロツクス株式会社竹松事業所内 (56)参考文献特開昭59−176764（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−118059（ＪＰ，Ａ) 特開昭55−6340（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−115945（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静電潜像を表面に保持した潜像保持体と、
層形成部材により所定厚み及び所定電荷量を付与せしめ
たトナー層を担持したトナー担持体とを現像部において
接触状態もしくは一定の間隔を設けて非接触状態で対向
配置し、前記トナー層のトナーを潜像保持体に移動せし
めることにより可視像化する現像方法において、トナー
層を形成するトナーが外部添加されてなる導電性粒子と
酸化硅素を含有する電気抵抗率が10¹⁴Ωcm以上の絶縁性
非磁性一成分系現像剤であることを特徴とする現像方
法。