JPS61149968A - 静電記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ファクシミリおよびプリンタなどに用いられ
る静電記録装置特に該記録装置に用いるトナーに関する
。

〔従来の技術〕

絶縁性記録体を介して記録電極と磁気ブラシ現像機を配
置し、記録電極に画像信号を印加して絶縁性記録体にト
ナー像を形成する静電記録装置を本発明者等は先に提案
しており、その概要を第３図〜第５図に示す。第３図は
記録部の構成を示したものであり、記録電極ｌは複数の
グループからなる電極針２を一列に並べたマルチスタイ
ラスを構成している。この記録電極ｌに対してポリエス
テルなどの誘電体のフィルムからなる絶縁性記録体３を
接触せしめる。一方、固定された円筒スリーブ４の内部
に、回転する磁気（永久磁石）ローラ５を有する磁気ブ
ラシ現像機６が絶縁性記録体３を介して記録電極１と対
向する位置に設置される。更に円筒スリーブ４の上には
複数のセグメントに分割された対向電極７を密着して配
置する。

記録を行なうに当っては、円筒スリーブ４の外周にトナ
ーを転送し、電極針２に対して画像信号に対応した電圧
を印加しかつ対向電極７に逆極性の電圧を選択的に印加
することにより、絶縁性記縁体３にトナーを付着せしめ
てトナー像を形成する。

第４図は電極針２及び対向電極７に電圧が印加された状
態において、絶縁性記録体３にトナーが付着しトナー像
１９が形成される態様を拡大して説明している。全図を
通してそうであるが、各図の同じ部分には同じ符号が付
しである。１８は磁゛性トナーで構成される磁気ブラシ
である。磁気ローラ５の回転で該ローラの下部にあるト
ナーホッパからトナーが非磁性の円筒スリーブ４の表面
に沿って運ばれ、磁気ローラが出す磁力線に沿って図示
のように並び（スリーブ上の１点で見れば立ったり寝た
りしている）、磁気ブラシ１８を形成する。絶縁性記録
体３は電極針２側の表面にスペーサがバインダと共に塗
布されており、表面が図示のように粗面にされる。絶縁
性記録体３が例えば図示矢印方向に移動しつつある間に
、電極針２と対向電極７とにそれぞれ逆極性の電圧パル
スを印加すると、電極針２と絶縁性記録体３の間の微小
空隙において気中放電が起こり、絶縁性記録体３の電極
針２側の面上に潜像電荷２０が形成される。これと同時
に、磁気ローラ５の回転で選択されたセグメント上へ運
ばれてきた磁気ブラシ１８の先端のトナーに電極７から
逆極性の電荷が注入され、潜像電荷２０とのクーロン力
により絶縁性記録体３上にトナー像１９が形成される。

絶縁性記録体３の電極針２側の表面の凹凸は、上記気中
放電の発生に必要な微小空隙を作るのに有用である。

第５図は記録装置の全体構成を示している。絶縁性記録
体３は誘電体フィルムをベルト状にしてなり、ローラ８
，９．１０によって案内されて一定の速度で回転する。

絶縁性記録体３の内側に記録電極１の先端を接触せしめ
るよう配置する。また対向電極７を円筒スリーブ４の面
に有する磁気ブラシ現像機６を記・録電極ｌと対向して
設置する。

第３図、第４図を参照して説明した如く絶縁性記録体３
上にトナー像を形成した後に、絶縁性記録　　。

体３を更に回転して、接地したローラ９の部分で記録紙
１２を絶縁性記録体３に平行に搬送し、裏面から転写ロ
ーラ１３を用いてトナー像を記録紙１２に転写する。そ
の後、記録紙１２上の転写像を定着機１４によって記録
紙１２に固着する。絶縁性記録体３は更に回転させ、絶
縁性記録体３の両面にコロナ除電器１６と１７を相対し
て配置した部分で互いに位相を異にする交番電圧をそれ
ぞれのコロナ除電器に加え、絶縁性記録体３上に残留し
たトナーの電荷及び潜像電荷を消去し、該トナーの絶縁
性記録体３へ付着する力を弱める。更に絶縁性記録体３
を回転させ記録部へ搬送させると、残留したトナーは磁
気ブラシ現像機６内の磁気ローラ５の磁力によって回収
される。

以上の如き記録プロセスが繰り返されて画像記録が行わ
れるものであり、このような記録装置は記録電極による
潜像形成工程と現像機による現像工程を同時に行なうた
めに、ファクシミリ等の出力装置としては装置構成が簡
単になり、小型、低価格になる利点を持っている。また
非転写トナーはクリーニングすることな（現像機に回収
して再使用できるために、メンテナンスが容易で消耗品
価格が安価となる利点を持っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この静電記録装置は、現像剤としてのトナーに、抵抗値
が１０３〜１０７Ω・口の１成分系磁性トナーを用いて
いる。抵抗値が１０３〜１０７Ω・唾ということはトナ
ーとして導電性ないしは半導電性であり、導電性トナー
は上記磁気ブラシ先端のトナーへの電荷注入が迅速に行
なわれ（記録系の時定数が小さい）、高速記録が可能に
なるが、その反面、抵抗値の低い普通紙にトナー像を転
写することが難しく、記録紙１２としては高抵抗処理し
た特殊紙を使用する必要があるという問題がある。しか
し特殊紙はコスト高になり、入手しにくいケースも発生
する等の問題がある。

それ数本発明は、導電性を有して高速記録が可能であり
、しかも普通紙へのトナー像転写も可能なトナーを提供
しようとするものである。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明の静電記録装置は、トナー抵抗率が１０２〜１０
７Ω・ｃｍである導電性磁性トナーと、トナ−抵抗率が
１０１４Ω・ｃｍ以上でありそして像形成工程での周囲
との摩擦により所定の極性に帯電する摩擦帯電型高抵抗
トナーとを混合してなる混合トナーを用いることを特徴
とするものである。

〔作用〕

第４図で説明したようにこの静電記録装置の潜像形成・
現像工程（溝記録装置ではこれらの工程を同時に行なう
ため、該工程を像形成工程と称する）では、電極針２と
対向電極７に電圧パルスを同時に印加し、電極針２の先
端で気中放電を起こし、潜像電荷２０を形成すると同時
に、対向電極７上に運ばれてきた磁気ブラシ１８の先端
のトナーに潜像電荷２０とは逆極性の電荷を対向電極７
から注入し、この潜像電荷と注入電荷のクーロン力によ
って絶縁性記録体３上にトナー像１９を形成する。

さて、従来この静電記録装置では、専用現像剤として、
導電性磁性トナーを使用してきた。この現像剤は導電性
あるいは半導電性であるため対向電極７からの磁気ブラ
シ１８の先端部トナーへの電荷注入が円滑に行なわれ、
高速でトナー像１９を形成することができる。しかし、
このトナー像１９を体積抵抗（厚み方向の抵抗）及び表
面抵抗の低い普通紙上に静電的に転写しようとすると、
第２図（ａｌに示す転写モデルの様にトナー像１９が保
持している注入電荷が普通紙を介してリークしてしまい
、転写効率が著しく低下してしまう。このリークを防止
するためには導電性磁性トナーの抵抗値を高めればよい
が、このようにすると磁気ブラシ１８での電荷注入に要
する時間が長くなるためトナー像１９が形成されにくく
なり、画像濃度が低下し、最悪の場合は像形成が不可能
になってしまう。

導電性ゴムなどで作られる転写ローラ１３の表面を絶縁
性にすることも考えられている。トナー像の電荷のリー
クを抑えるという点では転写ローラの表面を絶縁性にす
ることは有効であるが、絶縁性であると該表面に電荷が
溜り、ローラ表面電位が変って転写条件が変動する恐れ
がある。

そこで、本発明では、円滑な電荷注入が可能であり、か
つ転写工程ではトナー電荷のリークを防止できる現像剤
として、導電性磁性トナー（以下導電性トナーという）
と、摩擦帯電型高抵抗トナー（以下帯電トナーという）
を混ぜ合わした混合トナーを用いる。混合トナーを構成
する導電性トナーとしては従来のそれ（抵抗値ＩＱ２〜
１０７Ω・口）を、また帯電トナーとしては抵抗値１０
１４以上のものを用いる。

第１図でこの混合トナーによる磁気ブラシ１８への電荷
注入現象を説明するに、該磁気ブラシ１日は混合トナー
を用いるので第１図に図示した様に導電性トナー４１と
帯電トナー４２により形成され、そして帯電トナー４２
は非常に高い抵抗値であるため電荷通路にはなり得す、
対向電極７からの注入電荷は矢印で示す様に、低抵抗の
導電性トナー４１のチェインを伝わることによって行な
われる。こうして磁気ブラシ先端部の導電性トナーが帯
電し、また帯電トナーは磁気ローラ５の回転による円筒
スリーブ４上の転送で周囲のもの（円筒スリーブ４、導
電性トナー等）との摩擦により帯電し、磁気ブラシ先端
部のこれらの帯電したトナーが潜像電荷２０に対向して
トナー像１９を形成する。このトナー像１９は、潜像電
荷２０と導電性トナー４１に注入された電荷とのクーロ
ン力により絶縁性記録体３に付着する導電性トナーと、
摩擦帯電による帯電電荷と潜像電荷２０とのクーロン力
によって導電性トナー４１と移動を共にする帯電トナー
４２とによって形成される。

帯電トナーが多過ぎると第１図に示すような対向電極７
から磁気ブラシ先端部までへの導電性トナーのチェイン
が形成されず、該チェインが帯電トナーにより遮断され
て前記電荷注入が行なわれないから、帯電トナーの混合
率は該チェインの形成に支障がない程度とする。また帯
電トナーは摩擦により帯電し、その帯電極性はトナーの
材質により定まる正極性又は負極性となる。本例ではこ
れは負極性としているが、正極性でもよく、正極性の場
合は負極性の導電性トナーに吸着する形でトナー像１９
が形成される。

混合トナーを用いた像形成では上述のように低抵抗（１
０２〜１０７Ω・ａｍ）の導電性トナーによって円滑な
電荷注入が行なわれる。一方転写工程では第２図（ｂｌ
にモデル化して示すように高抵抗（１０”Ω・ｃｍ以上
）の帯電トナーが、記録紙１２を介しての自身電荷のリ
ークを起さないことはもちろんのこと、導電性トナー４
１の電荷リークもこれを阻止する働らきをする。即ちト
ナー像の電荷のリークは記録紙１２を通して行なわれる
が、全てのトナーがその直下の記録紙厚みを通してリー
クするのではなく、表面を通り次いで記録紙厚みを通し
て、の経路でも行なわれ、この経路でのリークは図示の
ように帯電トナーが混在していると該帯電トナーにより
遮断され、生じにく−なる。

こうして帯電トナーが混在するとトナー電荷のリークが
生じにく−なり、普通紙への転写効率が向上する。この
転写工程では、帯電トナーが主体となって働く。なお第
２図（ｂ）などでは導電性トナー４１より帯電トナー４
２を大きく画いているが実際はほり同じ（導電性トナー
の粒径は１０μｍ程度、帯電トナーの粒径は１３μｍ程
度）であり、またこの図では記録体３と記録紙１２との
間などには間隙があるように画いているが、実際は両者
は押し付けられるので間隙はない。

上述のように本発明では像形成には導電性トナー４１の
長所を、転写では高抵抗の帯電トナー４２の長所を活用
することができ、高速記録及び普通紙への転写という互
いに矛盾した課題を同時に満たすことが出来る。

〔実施例〕

本発明の効果を確認するため、トナー抵抗値１×１０４
Ω・備の導電性トナー４１と、トナー抵抗値１ｘｉｏ”
Ω・国、帯電極性マイナスの摩擦帯電型高抵抗磁性トナ
ー４２を重量混合割合７０：３０で混ぜ合わせた混合ト
ナーを作成し、従来使用していた抵抗値Ｉ　Ｘ　１０’
　Ω・１の導電性磁性トナーとによる転写効率の比較を
行なった。なお記録速度は、１０ｃＩＩＩ／Ｓである。

体積、抵抗値３×１０９Ω・■、表面抵抗２Ｘ１０”Ω
の普通紙への転写では、従来の導電性トナーでは３０〜
４０％の転写効率であったのに対し、本発明の混合トナ
ーでは７０〜８０％という高い転写効率が得られ、約２
倍の転写効率が得られた。なお転写効率ηは（１１式に
よって算出される。

Ｄ＋−０２ η＝　−Ｘ　１００　　　　・・・・・・（１）Ｉ Ｄｌ：転写前の絶縁記録体３上のトナー像１９の濃度 Ｄ２：転写後の絶縁記録体３上のトナー像１９の濃度 この混合トナーにおいては、導電性トナーが磁性体であ
れば磁気ローラ５の回転で該導電性トナーが円筒スリー
ブ上を搬送され、これにより帯電トナーも搬送されるか
ら、帯電トナーは非磁性体でもよい。

混合トナーにおける導電性トナーと帯電トナーの重量混
合率が適切でなく例えば、導電性トナー４１の個数が帯
電トナー４２の個数に比べ極端に少ないと、前述した対
向電極７からの電荷注入経路の形成が困難となることか
ら、電極針２と磁気ブラシ１８間に十分な記録電圧が加
わらず、その結果画像濃度の低下や最悪の場合気中放電
が起らず、像形成が不可能となってしまう。反対に導電
性トナーが多過ぎると、当然トナー像１９も多くの導電
性トナーにより形成されることになるが、この場合、特
に高湿度時の記録紙１２への転写において、導電性トナ
ー４１に注入された注入電荷が抵抗値（表面抵抗体積抵
抗）の低くなった記録紙１２を通してリークを起こし、
電荷を失った導電性トナーが多くなることから、転写効
率の低下という問題が生じてしまう。そこで、像形成が
容易であり、かつ高湿度であっても転写効率の低下を生
じない最適な混合トナーを作製するために、導電性トナ
ー４１と帯電トナー４２の重量混合率を適正化すること
は重要である。

導電性トナー４１と帯電トナー４２の重量混合率がいく
らであれば、最適な混合トナーが作製できるのかを把握
するためトナー抵抗値ｌＸｌ０’Ω・印、見掛密度１．
０２ｇ／ｃＩ１３の導電性トナー４１と、トナー抵抗値
１×１０　Ω・印、見掛密度０．５７　ｇ　／ａｍ’　
、帯電極性マイナスの帯電トナ−４２を用いて各混合率
における混合トナーの抵抗値測定を行なった。測定結果
を第６図に示す。

なお図中の混合率は混合トナーに対する帯電トナー４２
の重量混合率ＭＲを表わしており、（２）式により算出
される値である。

Ｗｌ：帯電トナーの重量 Ｗ２：導電性トナーの重量 光記録装置に適するトナー抵抗値は、記録速度、その他
の要因から１０３〜１０’　Ω・唾の範囲のものがよく
、その中でも特に１０’〜１０’　Ω・Ｃｌ１１の範囲
が最も良い。この点から判断すると混合率は、５〜３０
ｗｔ％であれば良いことになるが、前述した様に帯電ト
ナー４２が多い程、高湿度時での転写効率の向上がはか
れるものと推察されることから、上記トナーの組合わせ
の場合、３０ｗｔ％の混合率が良いものと判断される。

実際に、各混合トナーを用いて印字調査を行なったとこ
ろ、帯電トナーの重量混合率Ｏ〜３０ｗｔ％のトナーで
は像形成の難易に差は生じないものの、高湿度時（８０
ＲＨ％、２５℃）での転写では３０−ｔ％の混合トナー
が最も良好な転写効率（７５％以上）を示し、上記推測
が実験により確認された。

以上の結果から、混合後の混合トナーの抵抗値が１０３
〜１０７Ω・国の範囲、特に好ましくは１０４〜１０５
Ω・ａｍの範囲内であり、かつこの範囲内で、帯電トナ
ーの混合率が最も高い混合トナーが良いことが明らかと
なった。この混合トナーを作る導電性トナーは従来の１
０２〜１０７Ω・口のものとし、帯電トナーはｌＯΩ・
口辺上のものとして、これらのトナーの混合後の抵抗値
が上記範囲になるようにする。

なおその後の調査から、適正混合率は導電性トナー４１
及び帯電トナー４２の抵抗値及び見掛密度、粒度分布の
組合わせにより大きく変動することが明らかとなり、こ
れらの数種の組合わせの調査から、混合トナーの適正混
合率は導電性トナー４１と帯電トナーとの重量混合割合
が、（９５〜４０）：　　（５〜６０）の範囲内である
ことが判明した。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では静電記録装置の記録速度
を大にし、かっ導通紙の使用を可能にすることができ、
高速動作可能、高湿度時の転写も良好（高い転写効率が
得られる）、ランニングコスト低下などの利点が得られ
て甚だ有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る混合トナーでの像形成を説明する
図、第２図は記録紙への転写時に生じる電荷リークの説
明図、第３図は静電記録装置の概要を示す斜視図、第４
図および第５図は第３図の・　従来装置での像形成及び
転写工程を説明する図、第６図は混合トナーの混合率と
抵抗率との関係を示すグラフである。 図面で、４１は導電トナー、４２は帯電トナー、３は絶
縁性記録体、１９はトナー像、Ｌ２は記録紙である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）トナー抵抗率が１０＾２〜１０＾７Ω・ｃｍであ
   る導電性磁性トナーと、トナー抵抗率が１０＾１＾４Ω
   ・ｃｍ以上でありそして像形成工程での周囲との摩擦に
   より所定の極性に帯電する摩擦帯電型高抵抗トナーとを
   混合してなる混合トナーを用いることを特徴とする静電
   記録装置。
2. （２）混合トナーは、導電性磁性トナーが９５〜４０重
   量％、摩擦帯電型高抵抗磁性トナーが５〜６０％であり
   、混合後の混合トナーの抵抗値が１０＾３〜１０＾７Ω
   ・ｃｍであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の静電記録装置。