JPH0810336B2 - 画像形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は電子写真法を採用したデジタルプリンター用
画像形成方法に関する。

［従来の技術］ 従来、乾式現像方式としては各種方法が提案されまた
実用化されている。

例えば、２成分系現像剤を用いた現像方法では現像ロ
ーラー上に塗布された該現像剤によって潜像の画像部を
現像する場合、現像剤中のトナーは、現像ローラー上に
塗布された現像剤の内数パーセント以下しか使用してい
ない。このことは現像器構成から考慮して非常に効率の
悪いものである。なぜならば所定の十分な現像濃度を得
るために多量の現像剤を現像ローラーが回転毎に現像ロ
ーラー上に一定量かつトナー濃度を均一にして塗布する
必要があるためである。このため現像器構成を大型化・
複雑化していた。もちろんこの種の現像方式においても
現像効率の向上は試みられた。たとえば本出願人は特開
昭55−32060,55−133058,56−70560を提案し、かつNP−
8500複写機に実用化されている。これによれば、現像濃
度をあげることができ、現像効率を上昇することができ
るものの、画像部において100％に近い現像効率を達成
するには至らず、この種の現像方式はいまだ改善の余地
を残している。

現像効率の向上という点では１成分現像方法の方が２
成分現像方法よりも優れている。その中でも特に本出願
人が先に出願した、特開昭54−43037では、現像ローラ
ー上に200μｍ以下のトナー薄層を形成し、スリーブ上
に塗布したトナーを画像部においてほぼ100％に近い現
像効率で現像している。このため現像器構成を小型化・
簡略化して実用化することができた。これは現像ローラ
ー上に200μｍ以下という薄層を形成することができた
ため達成されたものである。しかし、１成分現像、２成
分現像いずれの現像方式においても乾式現像剤の薄層を
形成することは極めて難かしく、このため１成分現像に
おいても本出願人以外は比較的厚い層の形成で現像装置
を構成している。画質の点からも現像画像の鮮明度、解
像力、等の向上が求められている現在、乾式現像剤の薄
層形成方法及びその装置に関する開発は必須となってい
る。

ところで、上述の本出願人の方法は、磁性トナーの薄
層形成に関するものであった。磁性トナーは磁性を持た
せるためトナー内に磁性体を内添しなければならず、こ
れは転写紙に転写した現像像を熱定着する際の定着性の
悪さ、トナー自身に磁性体を内添するため（磁性体は通
常黒色である）そのカラー再現の際の色彩の悪さ等の問
題点がある。

このため非磁性トナーの薄層形成方式としてビーバー
の毛のような柔い毛を円筒状のブラシにして、これにト
ナーを付着塗布する方法や、表面がベルベット等の繊維
で作られた現像ローラーにドクターブレード等により塗
布する方式が提案されている。

しかしながら、上記繊維ブラシにドクターブレードと
して弾性体ブレードを使用した場合、トナー量の規制は
可能であるが、均一な塗布は行われず、現像ローラー上
の繊維ブラシを摺擦するだけで、ブラシの繊維間に存在
するトナーへの摩擦帯電電荷付与は行われないため、か
ぶり等の発生しやすい問題点があった。

また、磁性トナーは磁力を利用してトナーの飛散を防
止することが容易にできるが、非磁性トナーは磁力を利
用することができず、トナーの機内飛散を生じやすかっ
た。上述の不都合な点は、コピー時のみならず、装置の
搬送時にも振動や衝撃が与えられた場合にも生じるもの
であった。

本件出願人は上述の従来方法と全く異なる現像装置と
して、非磁性トナーと磁性粒子を用い、トナー担持部材
に対向して磁性粒子拘束部材を設け、該保持部材表面の
移動方向に関し、磁性粒子拘束部材の上流に磁界発生手
段の磁気力によって磁性粒子の磁気ブラシを形成し、磁
性粒子拘束部材によって磁気ブラシを拘束し、非磁性ト
ナーの薄層をトナー保持部材上に形成する方法を既に提
案した（特開昭58−143360）。この方法により、現像部
において潜像保持体とトナー担持体との間隙をトナー層
厚よりも広く設定し、交番電解を印加することによって
潜像保持体表面に非磁性トナー現像画像を得る方法を実
用化した。これにより、現像効率が極めて高く、小型・
簡素な現像器構成でカラー現像像を得ることができる様
になった。特に２成分磁気ブラシ摺擦現像において、ベ
タ画像部に発生する摺擦跡が無く良質のベタ画像が得ら
れたのである。しかし、原稿の画像を読みとるリーダー
部からの出力情報が多様化するに伴い、プリンター部に
おいてもこれらの多様化に応え得るものが望まれてお
り、特にデジタルプリンターとして、レーザー光のスポ
ット径が50〜150μｍ程度に形成された潜像を高解像性
に現像するために、さらに現像画質の改善された現像方
式の開発および現像剤の開発が望まれていた。

［発明が解決しようとする問題点］ このように、デジタルプリンタの優れた機能を十分に
発揮させるためには、現像剤の性能が高く、かつ前記現
像剤に最適な現像方法でなければならない。

本発明は上述の従来の事情に鑑みなされたもので、現
像効率が極めて高くかつ、従来現像方式に優るとも劣ら
ないベタ現像画像を得ることができる現像方式の提供を
目的とする。

本発明の更なる目的は、トナーと磁性粒子、現像ロー
ラ間の帯電が滑らかに行なわれることでベタ画像が安定
化する現像方式を提供することにある。

本発明の更なる目的は、磁性粒子の静電保持体への付
着及びトナーの飛散を減少させる現像方式を提供するこ
とにある。

本発明の更なる目的は、スポット径が50〜150μｍ程
度に形成した潜像を忠実に再現できる高解像性の現像方
式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］ すなわち本発明によれば、原稿の画像を電気信号に変
換し、該電気信号に応じて潜像保持体上に静電潜像を形
成し、次いで該潜像保持体と対向する現像剤担持体の現
像領域で、該潜像保持体と該現像剤担持体との間に交番
電界を付与しながら上記静電潜像を非磁性トナーで現像
する画像形成方法において、真比重が６以下でありかつ
電気的絶縁性樹脂で被覆されている磁性粒子によって、
現像剤担持体の現像領域に該磁性粒子の存在量が５〜80
mg/cm²となるように磁気ブラシを形成し、現像領域で潜
像保持体と現像剤担持体表面および現像剤担持体表面に
形成されている該磁気ブラシ表面との間で、シリコーン
オイルで処理されたシリカ微粉体が外添混合されている
非磁性トナーを往復させながら潜像を現像することを特
徴とする画像形成方法が提供される。

ここで言う非磁性トナーとは、外部磁界5000ｅで、
10emμ/g以下の磁化しか示さない、実質的に磁性トナー
として挙動できないトナーを指す。

本発明者らは、本件出願人が前記特開昭58−143360を
提案後、その改良について鋭意研究した結果、現像部に
おいて、明確な現像磁極を形成し、局部的に集中した現
像を行なうこと、１成分系現像方式においては、トナー
への摩擦帯電付与が主としてスリーブ表面との間で行な
われるため、実質的にスリーブ表面積を増大させること
などによりトナーの摩擦帯電性の安定化、スリーブ上へ
のトナー供給の安定化、階調性・均一性等の画質の向上
などが達成されることを見い出したのである。さらに、
本発明において用いられる磁性粒子および非磁性トナー
は、本現像方式に適用するに及んで、トナーと磁性粒子
との、あるいはトナー担持体との付着、離型、帯電等の
相互作用を適切に調整することにより、トナーの飛翔現
像能力を最大に発揮せしめ、良好な画像が長期にわたり
安定して供給できることを見い出したのである。

すなわち、本発明に用いられる現像剤に本現像方式を
適用することによってはじめてスポット径が50〜150μ
ｍ程度に形成した潜像を忠実に再現できるようになり、
現像像濃度の制御、現像像の太り・細りなどの制御が可
能となった。

本発明者らはこの理由を以下のように考えている。す
なわち、従来の２成分現像方式と異なり、本現像剤と本
現像方式を組み合せることにより、現像効率を100％に
近く高めることが可能となり、潜像電位の高電位側でト
ナー現像量を安定にすることが達成され、デジタルプリ
ンターのON−OFF現像に最適となった。また、トナー粒
子にシリコーンオイルで処理したケイ酸微粉体を外添し
ているため、磁性粒子とトナー粒子の攪拌性、分散性が
良好であるので、トナー粒子が個々の粒子として現像に
供されるため、50〜150μｍのスポット径を忠実に再現
できると考える。さらに、軽量の磁性粒子を使用してい
るため、その軽負荷ゆえ現像剤劣化が起こりにくく、耐
久による現像性の低下、凝集が起こらず、常に安定な現
像像を得ることができると考える。

本発明に使用される潜像形成方法としては、電気信号
に応じて光源あるいは光路がON−OFFするものであれば
何ら構わないが、一般的には半導体レーザー光源や液晶
シャッターが多く使用される。

以下、 ａ）現像方法の説明 ｂ）現像メカニズムの詳細 ｃ）材料の構成 の順で説明する。

ａ）現像方法の説明 以下、実施例に沿って、本現像方式を説明する。第１
図は、本発明に用いる現像装置の一例である。第１図に
おいて、１は潜像保持部材、２はトナー供給容器、３は
非磁性スリーブ、４は固定磁石、５は磁性または非磁性
ブレード、７は磁性粒子循環域限定部材、８は磁性粒
子、９は非磁性トナー、10は現像剤捕集容器部、11は飛
散防止部材、12は磁性部材、13は現像領域、14はバイア
ス電源を示す。スリーブ３は、ｂ方向に回転し、それに
伴い、磁性粒子８はｃ方向に循環する。それによってス
リーブ面と磁性粒子層との接触・摺擦が起こり、スリー
ブ面上に非磁性トナー層が形成される。また、磁性粒子
は、ｃ方向に循環しつつも、その一部が、磁性または非
磁性ブレード５とスリーブ３との間隙によって所定量に
規制され、非磁性トナー層上に塗布される。すなわち非
磁性トナーは、スリーブ表面と、磁性粒子表面との両方
に塗布される構成となり、実質的にスリーブ表面積を増
大したのと同等の効果が示される。

また、現像領域13においては、固定磁石４の磁極の１
つを潜像面に対向させることにより、明確な現像極を形
成し、交番電界によってスリーブ上及び磁性粒子からト
ナーを飛翔現像する。（この現象については後述す
る。）現像後磁性粒子及び未現像トナーはスリーブの回
転と共に現像容器内に回収される。

スリーブ３は紙筒や合成樹脂の円筒でもよいが、これ
ら円筒の表面を導電処理するか、アルミニウム・真ちゅ
う・ステンレス鋼等の導電体で構成すると現像電極ロー
ラーとして用いることができる。

本発明で用いる磁性粒子としては、交番電界によるス
リーブと潜像担持体間との放電を除去するためには、電
気的に高抵抗であることが望ましく、電気絶縁性樹脂で
表面を全部または一部被覆されていることが好ましい。
ここでいう電気絶縁性とは10⁸Ω・cm以上を指す。

さらに、本発明で用いられる磁性粒子は、それにより
構成される磁気ブラシが交番電界により軽快に挙動でき
るべく、比重の小さいものが望ましく、具体的には真比
重６以下であることが望ましい。

本発明での磁性または非磁性ブレード５の下流側スリ
ーブ表面での磁性粒子の塗布量は、磁気ブラシとスリー
ブ３表面の両者を充分活用するためには５〜80mg/cm²、
好ましくは10〜60mg/cm²程度の少量であることが望まし
い。前記スリーブ表面上の磁性粒子の存在量が多すぎる
場合、ブレード５による規制力が弱まり、スリーブと磁
性粒子の摺擦力が低下してしまい、トナーへの帯電付与
を滑らかに行なうことができない。更に、トナーの飛翔
現像時に磁性粒子も同様に飛翔してしまい、潜像保持体
１上に付着してしまう欠点がある。さらに、スリーブ周
速が速くなると固定磁石による規制が弱まり、現像剤飛
散が顕著になる。反対に磁性粒子の現像領域13における
スリーブ表面の存在量が少なすぎる場合、現像領域への
トナーの塗布量が低下し、濃淡ムラや画像濃度低下を生
じてしまう。スリーブ表面上の磁性粒子の存在量を主に
スリーブ３との間隙、固定磁石４のN₁極の位置、S₁極の
磁力密度等によって調整できる。

本発明における磁性粒子の存在量の測定法を下記に述
べる。まず、スリーブ上に磁性粒子のみによる磁気ブラ
シを形成し現像領域に相当する部分の磁性粒子を円筒ろ
紙をフィルターとして吸引し、その重さＭ（mg）を測定
した。次に磁性粒子の吸引された後のスリーブ上の残り
の磁性粒子を透明な粘着テープでサンプリングし、吸引
された磁性粒子の占有面積Ｓ（cm²）を求めた。磁性粒
子の存在量ｍ（mg/cm²）を下記の如く算出した。

ｍ＝M/S なお、現像領域とは潜像保持体と現像剤担持体との最
接近部を中心としてスリーブ周方向に10mmの領域をい
う。

点６位置におけるブレード５の先端部と現像スリーブ
３面との前記間隙間隔ｄは50〜650μｍ、好ましくは100
〜600μｍである。この間隔ｄが50μｍより小さいと、
後述する磁性粒子が詰まり、スリーブを傷つける欠点が
ある。また650μｍより大きいと、後述する非磁性トナ
ー及び磁性粒子が多量に漏れ出して、薄層が形成できな
くなる。

第１図で７はブレード５の上面側に下面を接触させ、
前端面をアンダカット面とした磁性粒子循環域限定部材
である。

8,9はトナー供給容器２内に順次に収容した磁性粒子
と非磁性トナーである。

トナー供給容器２の底板は、トナー保持部材たる現像
スリーブ３の下方に延長位置させてトナーが外部に漏れ
ないようにしてある。またこのトナーの外部への漏出の
防止をさらに確実ならしめるためにその延長底板の上面
に、漏出トナーを受け入れて拘束する漏出トナー捕集容
器部10と、延長底板の先端縁長手に沿って飛散防止部材
11を配設してある。この部材11には後述する電圧が印加
されている。

磁性粒子８は、一般に平均粒径が30〜65μｍ、好まし
くは35〜60μｍである。粒径が30μｍより小さいと磁性
粒子が潜像保持体上に現像されやすくなり、潜像保持体
やクリーニングブレードに傷つけやすくなる。一方、粒
径が65μｍより大きいと磁性粒子のトナー保持能が低下
しベタ画像の不均一さ、トナー飛散、カブリ等が発生す
る。デジタルプリンターは潜像に対してON−OFF現像で
あるから、ベタ画像の不均一さは致命的欠点である。各
磁性粒子は磁性材料のみから成るものでも、磁性材料と
非磁性材料との結合体でもよいし、二種以上の磁性粒子
の混合物でも良い。そしてこの磁性粒子８をまずはじめ
にトナー供給容器２内に投入することにより、その磁性
粒子８が容器２内に臨んでいるスリーブ面領域、すなわ
ちスリーブ３を配設したトナー供給容器２からの磁性粒
子ないしはトナーの漏出を防止するための磁性部材12か
ら磁性粒子拘束部材たるブレード５の先端部までのスリ
ーブ面領域各部にスリーブ３内の磁石４による磁界によ
り吸着保持され磁性粒子層として該スリーブ面領域を全
体的に覆った状態となる。非磁性トナー９は上記磁性粒
子８の投入後容器２内に投入されることにより上記スリ
ーブ３に対する第１層としての磁性粒子層の外側に多量
に貯溜して第２層として存在する。

上記最初に投入する磁性粒子８は、磁性粒子に対して
もともと約２〜30重量％の非磁性トナー９を含むことが
好ましいが、磁性粒子のみとしても良い。また、磁性粒
子８は一旦上記スリーブ面領域に磁性粒子層として吸着
保持されれば、装置振動や、装置をかなり大きく傾けて
も実質的に片寄り流動してしまうことはなく、上記スリ
ーブ面領域を全体的に覆った状態が保持される。

しかして容器２内に上記のように磁性粒子８と非磁性
トナー９を順次に投入収容した状態において、磁石４の
磁極S₂位置に対応するスリーブ表面付近の磁性粒子層部
分には磁極の強い磁界で磁性粒子の磁気ブラシが形成さ
れている。

また磁性粒子規制部材たるブレード５の先端部近傍部
の磁性粒子層部分は、スリーブ３が矢印ｂ方向に回転駆
動されても重力と磁気力及びブレード５の存在による効
果に基づく規制力と、スリーブ３の移動方向への搬送力
との釣合によってスリーブ３表面の点６位置で溜り、多
少は動き得るが動きのにぶい静止層を形成する。

またスリーブ３を矢印ｂ方向に回転させた時、磁極の
配置位置と磁性粒子８の流動性及び磁気特性を適宜選ぶ
ことによって、前記磁気ブラシは磁極S₂の付近で矢印ｃ
方向に循環し、循環層を形成する。該循環層において、
スリーブ３に比較的近い磁性粒子分はスリーブ３の回転
によって磁極S₂近傍からスリーブ３の回転下流側にある
前記の静止層の上へ盛り上る。すなわち上部へ押し上げ
る力を受ける。その押し上げられた磁性粒子分は、ブレ
ーキ５の上部に設けた磁性粒子循環域限定部材７によ
り、その循環領域の上限を決められているため、ブレー
ド５上へ乗り上がることはなく、重力によって落下し、
再び磁極S₂近傍へ戻る。この場合スリーブ表面から遠く
に位置するなどして受ける押し上げ力の小さい磁性粒子
分は、磁性粒子循環域限定部材７に到達する前に落下す
る場合もある。つまり該循環層では重力と磁極による磁
気力と摩擦力及び磁性粒子の流動性（粘性）によって矢
印ｃの如く磁性粒子の磁気ブラシの循環が行われ、磁気
ブラシはこの循環の際に磁性粒子層の上にあるトナー層
から非磁性トナー９を逐次取り込んで現像剤供給容器２
内の下部に戻り、以下スリーブ３の回転駆動に伴いこの
循環を繰返す。

現像バイアス電源14はプラス側、マイナス側のピーク
電圧が同じ交番電圧またはこの交番電圧に直流電圧を重
畳したものが使用できる。例えば暗部潜像電位＋600V、
明部潜像電位＋200Vの静電潜像に対して、一例として、
スリーブ３に直流電圧＋300Vを重畳して交流成分を周波
数並びにピーク対ピーク電圧を変えて現像を行ったとこ
ろ、第６図のような相関図が得られた。

周波数1000Hz未満では磁性粒子の振動飛翔が充分でな
く、磁気ブラシ跡が現像画像に表われ好ましくない。ま
た3000Hzを超えると、トナー、磁性粒子共に電界に追随
しなくなり、画像が薄くカブリやすい画像となり好まし
くない。縦線で影を付した領域はスリーブ−感光体間で
放電をしやすくなる領域であり、高地等気圧の低い地域
ではこの値はさらに低いものとなる。横線で影を付した
領域は背景部に地カブリを生じやすい領域であり、斜線
で影を付した領域は、磁性粒子が充分に空隙を飛翔しな
くなる領域である。従って、これらのラインで囲まれた
領域で現像を行うことが好ましい。さらに画像濃度階調
性（カブリ，ラチチュード等）より、より好ましくは周
波数は1.2〜2KHz、V_PPは800〜1500Vの領域が好ましい。

さらに好ましくは1.4〜1.8KHz、1000〜1350V_PPの領域
が良い。同様にしてＳ−Ｄ（スリーブ−感光体）間隔を
250〜700μｍに変えて同じ設定で現像を行った時、最も
良好な画像を得られたのは第１表に記載された交番電界
を印加したときであった。

同様な実験より実用上では周波数１〜2.2KHz、V_PP800
〜2200、Ｓ−Dgap250〜700μｍの範囲において、ほぼ良
好な画像が得られた。Ｓ−Dgapを800μｍ以上にする
と、交番電界電圧を高くしても細線の再現が悪くなり好
ましくない。

いずれにしても、V_PPの上限は、現像部の間隙放電限
界値で決まり、下限はスリーブ上及び磁性粒子上のトナ
ーの飛翔限界値で決められる。

上述のことを考慮に入れた場合、現像磁気ブラシ全体
の抵抗としては、潜像保持体１に現像ブラシが接触した
状態で現像ブラシの厚み方向の抵抗が10⁸Ωcm以上であ
ることが好ましい。

なお、本発明で述べている磁性粒子・磁気ブラシの抵
抗値とは、第１図に示す現像装置により、現像スリーブ
３上に50mg/cm²磁性粒子の磁気ブラシを形成し、これに
対向して現像スリーブと間隙約300μｍを保った金属ド
ラムを設け、、これらと直列に約1MΩの抵抗を接続した
回路に、直流200Vの電圧を印加したときに流れる電流値
より算出して求めたものである。

ｂ）現像メカニズムの詳細 以下本発明に係る現像法について現像部13での現象を
記述する。

第２図、第３図は本発明に係る現像方法について現像
部の拡大説明図である。21は潜像保持体上の暗部の潜像
電荷である。９は非磁性トナーである。14は直流成分を
重畳した交番電圧電源である。第２図はスリーブ３に交
番電圧のマイナス波形成分が加わった場合で、第３図は
交番電圧のプラス波形成分が加わった場合を示す。潜像
電荷の極性はプラス、現像剤の極性はマイナスとして示
してある。

現像ブラシ22の抵抗が比較的大きい（約10⁸Ωcmより
大）ため、現像ブラシ22自身の材質その他による電荷の
充放電時定数に依存して、現像ブラシ22にはトナー９と
の摩擦帯電電荷もしくは鏡映電荷、潜像保持体１上の潜
像電界及び潜像保持体１とスリーブ３間の交番電界によ
って注入される電荷が存在することになる。

潜像保持体１上の暗部の潜像電荷21による電界と交番
電界による電界とが一致しないとき、現像ブラシ22には
スリーブ３方向に最大屈伏状態となる。

潜像保持体１上の潜像電荷による電界と交番電界によ
る電界の方向が一致したとき、現像ブラシ22の屈伏は小
さくなり潜像保持体へ接触する。

いずれにせよ上述の如く交番電界によって現像ブラシ
22は微細な、しかし激しい振動状態となり、潜像保持体
上に余分に付着したカブリトナーは上記現像ブラシによ
って摺擦されて潜像保持体１から除去され、ブラシ上に
引き戻される。また、ブラシの上記振動により、トナー
はブラシ22から離脱しやすくなり、潜像保持体１に供給
されやすくなるから、画像濃度も向上する。また、ブラ
シ22の上記振動によりブラシ22内でトナーがほぐされ、
これは画像濃度の向上やゴースト防止に寄与する。さら
に、この振動状態が激しい場合、磁気ブラシの一部がブ
ラシないしはスリーブ上から離脱し、潜像保持体とスリ
ーブ表面との間で往復運動を発生する。この往復運動す
るブラシの運動エネルギーは大きく、効率良く、上述の
振動による効果が期待される。以上の現像部での磁性粒
子の挙動は、高速度カメラで１秒間に8000コマの高速度
撮影の結果、観測された現象である。

ｃ）材料の構成 本発明に使用されるトナー塗布用磁性粒子としては、
真比重６以下のものであればすべて使用可能であり、例
えば表面酸化または未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、
マンガン、クロム、希土類等の金属、及びそれらの合金
または酸化物などが使用できるが、好ましくは金属酸化
物、より好ましくはフェライト粒子が使用できる。また
その製造方法として特別な制約はない。

また、上記磁性粒子の表面を樹脂で被覆する方法とし
ては、樹脂を溶剤中に溶解もしくは懸濁せしめて塗布し
磁性粒子に付着せしめる方法、単に粉体で混合する方法
等、従来公知の方法がいずれも適用できる。

磁性粒子表面への被覆樹脂としてはトナー材料により
異なるが、トナーとの帯電量の絶対値が２〜30μC/gで
あれば良い。例えばポリテトラフルオロエチレン、モノ
クロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリ
デン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ジ−ｔ−ブ
チルサリチル酸の金属錯体、スチレン系樹脂、アクリル
系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ニグロシ
ン、アミノアクリレート樹脂、塩基性染料及びそのレー
キ、シリカ微粉末、アルミナ微粉末などを単独あるいは
複数で用いるのが適当であるが、必ずしもこれに制約さ
れない。

上記樹脂の処理量は、磁性粒子が前記条件を満足する
よう適宜決定すれば良いが、一般には総量で磁性粒子に
対し0.1〜30重量％（好ましくは0.5〜20重量％）が望ま
しい。

本発明で用いられるシリカ微粉体は乾式法及び湿式法
で製造される。

ここでいうシリカ微粉体には、無水二酸化ケイ素（シ
リカ）のほか、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸ナトリウ
ム、ケイ酸カリウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸亜鉛
などのケイ酸塩をいずれも適用できる。

乾式法とは、ケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化によ
り生成するシリカ微粉体の製造法のことである。例え
ば、四塩化ケイ素ガスの酸素水素中における熱分解酸化
反応を利用する方法では次の反応式で表わされる。

SiCl₄＋２H₂＋O₂→SiO₂＋4HCl また、この工程中、塩化アルミニウムまたは塩化チタ
ンなど他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物
と共に用いる事によって得られるシリカと他の金属酸化
物の複合微粉体も包含する。

乾式法により製造されたシリカ微粉体の市販品には次
のようなものがある。

AEROSIL（アエロジル） 130 （日本アエロジル社） 200 300 380 OX50 TT600 MOX80 MOX170 COK84 Cab−Ｏ−SiL（キャブオージル） Ｍ−5 CABOT Co.（キャボット社） MS−７ MS−75 HS−５ EH−５ Wacker HDK N 20 V15 WACKER−CHEMIE GMBH N20E （ヴァッケル ヘミエ GMBH社） T30 T40 Ｄ−C Fine Silica（ファイン シリカ） ダウコーニング社 Fransol（フランゾル） Fransil（フランジル社） 一方、本発明に用いられるシリカ微粉体を湿式法で製
造する方法は、従来公知である種々の方法が適用でき
る。たとえば、ケイ酸ナトリウムの酸による分解、一般
反応式で示せば（以下反応式は略す）、 Na₂O・XSiO₂＋HCl＋H₂O→SiO₂・_nH₂O＋NaCl その他、ケイ酸ナトリウムのアンモニア塩類またはアル
カリ塩類による分解、ケイ酸ナトリウムよりアルカリ土
類金属ケイ酸塩を生成せしめた後、酸で分解しケイ酸と
する方法、ケイ酸ナトリウム溶液をイオン交換樹脂によ
りケイ酸とする方法、天然ケイ酸またはケイ酸塩を利用
する方法などがある。

湿式法で合成されたシリカ微粉体の市販品としては次
の様なものがある。

カープレックス 塩野義製薬 ニップシール 日本シリカ トクシール、ファインシール 徳山曹達 ビタシール 多木製肥 シルトン、シルネックス 水沢化学 スターシル 神島化学 ヒメジール 愛媛薬品 サイロイド 富士デビソン化学 Hi−Sil（ハイシール） Pittsburgh Plate Glass Co. （ピッツパーグ ブレート グラス） Durosil（ドウロシール） Ultrasil（ウルトラシール） Fiillstoff−Gesellschaft Marquart （フュールストッフ・ゲゼールシャフトマルクオルト） Manosil（マノシール） Hardman and Holden （ハードマン アンド ホールデン） Hoesch（ヘッシュ） Chemische Fabrik Hoesch K−Ｇ （ヒェミッシェ・ファブリーク ヘッシュ） Sil−Stone（シル−ストーン） Stoner Rubber Co. （ストーナー ラバー） Nalco（ナルコ） Nalco Chem. Co. （ナルコ ケミカル） Quso（クソ） Philadelphia Quartz Co. （フィラデルフィア クォーツ） Santocell（サントセル） Monsanto.Chemical Co. （モンサントケミカル） Imsil（イムシル） Illinois Minerals Co. （イリノイス ミネラル） Calcium Silikat（カルシウム ジリカート） Chemische Fabrik Hoesch.K−Ｇ （ヒェミッシェ ファブリーク ヘッシュ） Calsil（カルジル） Fiillstoff−Gesellschaft Marquart （フュールストッフ−ゲゼルシャフト マルクオルト） Fortafil（フォルタフィル） Imperial Chemical Industries Ltd. （インペリアル ケミカル インダストリーズ） Microcal（ミクロカル） Joseph Crosfield ＆ Sons Ltd. （ジョセフ クロスフィールド アンド サンズ） Vulkasil（ブルカジール） Farbenfabriken Bayer,A.−G. （ファルベンファブリーケン バイエル） Tufknit（タフニット） Durham Chemicals Ltd. （ドゥルハム ケミカルズ） シルモス 白石工業 スターレックス 神島化学 フリコシル 多木製肥 上記シリカ微粉体のうち、BET法で測定した窒素吸着
による比表面積が30m²/g以上（特に50〜400m²/g）の範
囲のものが良好な結果を与える。

従来、トナーにケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化に
より生成されたトリカ微粉体を添加する例は知られてい
る。しかしながら、この様なシリカを含有させても特に
高温高湿下においてシリカ自身が吸湿して帯電特性が低
下してしまい、カブリ、画像濃度低下などの画質劣化が
生じる。

そこで、上記の現象について研究した結果、従来のケ
イ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成されたシリ
カ微粉体は特に高温高湿下において、帯電が不均一にな
り、トナー粒子から遊離しやすくなり、それ故、現像剤
の攪拌、分散性の低下が生じることを見出した。

そこで、本出願人はさらに安定で均一な攪拌、分散性
を有する現像剤を得る目的で詳細な検討をした結果、シ
リカ微粉体をシリコーンオイルで処理したシリコーンオ
イル処理シリカ微粉体とトナー粒子とを外添混合するこ
とが有効であることを見出した。すなわち、本構成に基
づくシリカ微粉体は、環境条件の変動によってもトナー
の帯電性を乱すことなく、かつ流動性を向上させること
が可能なためトナーと磁性粒子は適度に付着し、適度に
摩擦帯電するため、磁性粒子が循環し、トナーを取り込
み、トナー担持体との間にトナーを押し付け、トナー担
持体上にもトナーを塗布し、現像残トナーをスクレープ
する、という本発明の現像方式の機能を達成することが
可能なことを見い出したのである。

本発明に用いられるシリコーンオイルとは、一般に次
の式により示されるものである。

好ましいシリコーンオイルとしては、25℃における粘
度がおよそ５〜5000センチストークスのものが用いら
れ、例えばメチルシリコーンオイル、ジメチルシリコー
ンオイル、フェニルメチルシリコーンオイル、クロルフ
ェニルメチルシリコーンオイル、アルキル変性シリコー
ンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリオキシア
ルキレン変性シリコーンオイルなどが好ましい。これら
は１種あるいは２種以上の混合物で用いられる。

シリコーンオイル処理の方法としては、公知の技術が
用いられ、例えばシリカ微粉体とシリコーンオイルとを
ヘンシェルミキサー等の混合機を用いて直接混合しても
良いし、ベースシリカヘシリコーンオイルを噴霧する方
法によっても良い。あるいは適当な溶剤にシリコーンオ
イルを溶解あるいは分散せしめて後、ベースのシリカ微
粉体とを混合した後溶剤を除去して作成しても良い。

本発明に用いられるシリカ微粉体はシリコーンオイル
で処理されていることにより、現像剤に含有された場
合、現像剤の摩擦帯電量が安定で高く、かつ摩擦帯電量
分布がシャープで均一なる荷電性を示す様になる。シリ
カ微粉体に対して処理するシリコーンオイルの好ましい
重量の比率は、15:85〜85:15であり、この比率を変化さ
せることによって、該シリカ微粉体を含有した現像剤の
摩擦帯電量の値を希望の値にすることができ、この比率
を任意に選択できる。また、用いるシリコーンオイルの
種類によっても異なる。シリコーンオイルの総量は、好
ましくは、シリカ微粉体に対して、0.1〜30wt％、さら
に好ましくは、0.5〜20wt％であるのが望ましい。

また、これらの処理されたシリカ微粉体の適用量はト
ナー重量に対して、0.01〜20％のときに効果を発揮し、
特に好ましくは0.03〜３％添加した際に優れた安定性を
有する帯電性を示す。添加形態について好ましい態様を
述べれば、現像剤重量に対して0.01〜５重量％の処理さ
れたシリカ微粉体がトナー粒子表面に付着している状態
にあるのが良い。

また、本発明に用いられるシリカ微粉体はシリコーン
オイル処理前あるいはシリコーンオイル処理と同時に必
要に応じて従来公知の疎水化処理剤でさらに処理しても
よく、その方法も公知の方法が用いられ、シリカ微粉体
と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物などで化
学的に処理することによって付与される。

その様な有機ケイ素化合物の例は、ヘキサメチルジシ
ラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、
トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、
メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラ
ン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチル
クロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α
−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルト
リクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、
トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメ
ルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニル
ジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシシラ
ン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシ
シラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテ
トラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチ
ルジシロキサン等がある。これらは１種あるいは２種以
上の混合物で用いられる。

本発明に従って、シリコーンオイルで処理したケイ酸
微粉体を外添剤として有するトナーを使用した場合、ト
ナーの摩擦帯電が安定になり、さまざまな環境下におい
ても均一な荷電性を示す様になる。したがって、本発明
に係るトナーを用いると、カブリのない鮮明な高濃度の
画像を得ることができ、さらに、長期間の連続使用でも
画像劣化を生じない。また、高温高湿下及び低温低湿下
でも鮮明な画像を得ることができる。

一方、本発明に用いられるトナーの結着樹脂として
は、ポリスチレン、ポリｐ−クロルスチレン、ポリビニ
ルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体；
スチレン−ｐ−クロルスチレン共重合体、スチレン−プ
ロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合
体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−
アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチ
ル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、ス
チレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタ
クリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチ
ル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、
スチレン−アクリル−アミノアクリル系共重合体、スチ
レン−アミノアクリル系共重合体、スチレン−αクロル
メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニト
リル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合
体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレ
ン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエ
ン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン
−アクリロイトリル−インデン共重合体、スチレン−マ
レイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重
合体などのスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレ
ート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポ
リ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
ステル、ポリウレタン、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポ
リビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン変性
ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または
脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフ
ィン、パラフィンワックスなどが単独あるいは混合して
使用できる。

トナーにおいては、任意の適当な顔料や染料が着色剤
として使用可能である。例えば、カーボンブラック、鉄
黒、フタロシアニンブルー、群青、キナクリドン、ベン
ジジンイエローなど公知の染顔料がある。

また、荷電制御剤として含金属染料、サリチル酸含金
属化合物等を添加しても良い。さらに本発明の効果を妨
げない程度に磁性粉を添加しても良い。

その際、磁性粒子とトナーとの帯電量の絶対値は２〜
30μC/g（好ましくは５〜25μC/g）であることが望まし
い。帯電量の絶対値が30μC/gより大きいとトナーと磁
性粒子との離れが悪く現像性の低下が生じ、濃淡ムラ、
濃度低下などが起こり、逆に２μC/gより小さいと磁性
粒子によるトナーの拘束が弱まり、トナー飛散、カブリ
等が起こる。

以上のトナーの構成は、一般に行われている混合−粉
砕法によるトナーに用いても良いし、マイクロカプセル
トナーの壁材または芯材あるいはその両方に用いること
も可能である。

ここで本発明におけるトナーの磁性粒子に対する摩擦
帯電量の測定法を図面を用いて詳述する。

第４図が摩擦帯電量測定装置の説明図である。底に40
0メッシュ（磁性粒子の通過しない大きさに適宜変更可
能）の導電性スクリーン43のある金属製の測定容器42に
摩擦帯電量を測定しようとする現像剤担持体上の磁気ブ
ラシ（トナーと磁性粒子の混合物）を入れ金属製のフタ
44をする。このときの測定容器42全体の重量を秤りW
₁（ｇ）とする。次に、吸引機41（測定容器42と接する
部分は少なくとも絶縁体）において、吸引口47から吸引
し風量調節弁46を調整して真空計45の圧力を70mmHgとす
る。この状態で充分（約１分間）吸引を行ないトナーを
吸引除去する。このときの電位計49の電位をＶ（ボル
ト）とする。ここで48はコンデンサーであり容量をＣ
（μＦ）とする。また、吸引後の測定容器全体の重量を
秤りW₂（ｇ）とする。この摩擦帯電量Ｔ（μC/g）は下
式の如く計算される。

ただし、測定条件は23℃、50％RHとする。

［実施例］ 以下実施例により本発明をさらに詳しく説明する。例
で示す部は重量部である。

現像装置としては第１図に示したものを使用した。

実施例装置において感光体ドラム１は矢印ａ方向に60
mm/秒の周速度で回転する。３は矢印ｂ方向に66mm/秒の
周速度で回転する外径32mm、厚さ0.8mmのステンレス（S
US304）製のスリーブで、その表面は♯600のアランダム
砥粒を用いて不定型サンドブラストを施し、周方向表面
の粗面度を0.8μｍ（R_Z＝）にした。一方、回転するス
リーブ３内にはフェライト焼結タイプの磁石４を固定し
て配設し、磁極配置は第１図の如く、表面磁束密度の最
大値は、約800ガウスとした。ブレード５は1.2mm厚の非
磁性ステンレスを用いた。ブレード−スリーブ間隙は20
0μｍとした。このスリーブ３に対向する潜像保持体と
してアモルファスシリコンドラムを使用し、静電潜像と
して暗部450Vで明部＋90Vの電荷模様を形成し、スリー
ブ表面との距離を300μｍに設定した。そして、上記ス
リーブに対し電源14により周波数1600Hz、ピーク対ピー
ク値が1.4kVで、中心値が200Vの電圧を印加し現像を行
なった。

潜像形成装置としては第５図に示したものを使用し
た。

リーダーから送られてくる電気信号に応じてレーザー
光を点灯・消灯させ、潜像保持体１上に原稿の明部・暗
部を再現させる。レーザーユニット51から放射されたレ
ーザー光は、スキャナモータ52により高速で回転する多
角形のミラー（ポリゴンミラー53）に照射され、その反
射光が結像レンズ54を経て潜像保持体１の表面に照射さ
れ潜像を形成する。

実施例１ ポリエステル樹脂 100部 ローダミン系顔料 ５部 負荷電制御剤 ２部 からなる平均粒径11μｍの（すなわち、赤色非磁性トナ
ー粒子）に、ジメチルシリコーンオイルを２重量％処理
したコロイダルシリカ0.5重量％を外添混合し赤色非磁
性トナーとした。

磁性粒子としてはスチレン−メチルアクリレート共重
合体で表面被覆したフェライト粒子（粒径250〜350メッ
シュ間、平均粒径44μｍ、真比重5.1）を用意した。

上記トナーと磁性粒子とを12:88の重量比率で混合
し、第１図の現像装置に適用し、現像部におけるスリー
ブ上の磁性粒子の存在量ｍ＝60mg/cm²となるように設定
して画出しを行ったところ、カブリのない高解像度の画
像が得られ、ベタ画像反射濃度は1.3であった。このと
きの帯電量は−14.5μC/g（23℃、65％）であった。ま
た、潜像保持体22上への磁性粒子の付着や現像装置から
のトナー飛散はほとんど見られなかった。さらに現像剤
の耐久性を調べるために１万枚の耐久を行ったところ、
初期と同様なカブリのない鮮明な画像（画像濃度1.30）
が得られた。一方、高温高湿の環境（30℃、90％RH）下
で同様に画出しを行ったところ、ベタ画像濃度は1.25
で、ガブリ等の問題のない画像が得られた。また低温低
湿の環境（15℃、10％RH）下でも鮮明でカブリのない画
像（画像濃度1.15）が得られた。さらに高温高湿下で３
晩放置後画出しを行なったところ、ベタ画像濃度は1.20
とほとんど低下しなかった。

比較例１ 実施例１でシリコーンオイル処理をしないケイ酸微粉
体0.5％を使用する以外は実施例１と同様に画出しを行
ったところ、低温低湿（15℃、10％）下、常温常湿（23
℃、65％）下では実施例１と同様良好な画像が得られた
が、高温高湿（30℃,90％）下でベタ画像濃度が1.10と
実施例１に比べて0.15低下した。さらに、高温高湿下に
３晩放置後画出しを行ったところ、ベタ画像濃度は0.95
まで低下した。

比較例２ 現像領域での磁性粒子の存在量ｍ＝85mg/cm²となるよ
うに設定した以外は実施例１と同様に行ったところ、特
に高温高湿下でトナーがのり過ぎ、ベタ画像のハキメが
認められ、さらにライン画像の解像性が低下した。

比較例３ 磁性粒子として、粒径150〜250メッシュ間の平均粒径
が75μｍであり、真比重が5.1である電気的絶縁性樹脂
で被覆していないフェライト粒子を使用する以外は実施
例１と同様に画出しを行ったところ、ライン画像は良好
であったが、ベタ画像に濃淡ムラが発生した。このとき
の帯電量は−19.5μC/gであった。

比較例４ 磁性粒子として、500メッシュ以下を20％含有してい
る平均粒径が29μｍであり、真比重が5.0である電気的
絶縁性樹脂で被覆していないフェライト粒子を使用する
以外は実施例１と同様に画出しを行ったところ、潜像保
持体上に多数フェライト粒子が付着した。このときの帯
電量は−10.4μC/gであった。

実施例２ ジメチルシリコーンオイルのかわりに、アルキル変性
シリコーンオイルを1.5％処理したケイ酸微粉体を使用
する以外は実施例１と同様に画出しを行ったところ、実
施例１同様良好な結果が得られた。

比較例５ 鉄粉100部に対して実施例１で使用した樹脂25部で表
面被覆した磁性粒子（粒径250〜350メッシュ間、平均粒
径45μｍ、真比重6.6）を用意した。

上記磁性粒子を使用し、実施例１と同様に画出しを行
ったところ、現像剤担持体上への現像剤の塗布が不均一
で、画像に濃淡ムラが発生した。このときの帯電量は−
20μC/gであった。

実施例３ 磁性粒子として、 スチレン−メチル 100部 メタクリレート共重合体 マグネタイト微粉末 150部 を混練、粉砕、分級して平均粒径55μｍとしたもの（真
比重2.3）を用意した。

実施例１に使用したトナー10部と上記磁性粒子90部と
を混合し、ｍ＝25mg/cm²となるように設定された現像器
を使用し画出しを行ったところ、実施例１と同様の良好
な結果が得られた。このときの帯電量は−9.8μC/gであ
った。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば簡単な構成によ
り磁性粒子を使用する現像装置において少量の磁性粒子
を介在させることでカブリのないベタ画像の均質な、良
好な画質を得ることができた。

また、現像に寄与するトナーをスリーブ上と磁性粒子
上とに効率良く分配し、その両者から飛翔現像させるこ
とで、交番電界中でほぼ100％近い現像効率を達成する
ことができた。これは現像装置構成として小型化、簡素
化を可能とするだけでなく、電気信号に応じて形成され
た静電潜像を高解像のもとにON−OFF現像することを可
能とするものである。

また少なくとも交番電界によって、本発明に基づく磁
性粒子のブラシが潜像保持体と接触しかつ振動すること
によって、潜像保持体上に付着したカブリトナーを除去
することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る現像方法による現像装置の縦断正
面図、第２図，第３図は本発明に係る現像方法による現
像部の拡大説明図、第４図は摩擦帯電量測定装置、第５
図は本発明に係る潜像形成装置の概略図、第６図は本発
明における現像装置の現像特性曲線の例を示す図であ
る。 １…潜像保持体、２…現像剤供給容器、３…非磁性スリ
ーブ、４…固定磁石、５…ブレード、７…磁性粒子循環
域限定部材、８…磁性粒子、９…非磁性トナー、10…現
像剤捕集容器部、11…飛散防止部材、12…磁性部材、13
…現像領域、14…バイアス電源、21…静電潜像、22…磁
気ブラシ、41…吸引機、42…測定容器、43…導電性スク
リーン、44…フタ、45…真空計、46…風量調節弁、47…
吸引口、48…コンデンサ、49…電位計、51…レーザーユ
ニット、52…スキャナモータ、53…ポリゴンミラー、54
…結像レンズ、55…ミラー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｇ 13/08 15/08 ５０１ ５０７ Ｌ 15/09 Ｚ Ｇ０３Ｇ 13/08 9/10 ３５１ (72)発明者 小林 廣行 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 内田 充 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭49−42354（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原稿の画像を電気信号に変換し、該電気信
   号に応じて潜像保持体に静電潜像を形成し、次いで該潜
   像保持体と対向する現像剤担持体の現像領域で、該潜像
   保持体と該現像剤担持体との間に交番電界を付与しなが
   ら上記静電潜像を非磁性トナーで現像する画像形成方法
   において、真比重が６以下でありかつ電気的絶縁性樹脂
   で被覆されている磁性粒子によって、現像剤担持体の現
   像領域に該磁性粒子の存在量が５〜80mg/cm²となるよう
   に磁気ブラシを形成し、現像領域で潜像保持体と現像剤
   担持体表面および現像剤担持体表面に形成されている該
   磁気ブラシ表面との間で、シリコーンオイルで処理され
   たシリカ微粉体が外添混合されている非磁性トナーを往
   復させながら静電潜像を現像することを特徴とする画像
   形成方法。
2. 【請求項２】磁性粒子の平均粒径が30〜65μｍである特
   許請求の範囲第１項に記載の画像形成方法。