JPS61290452A - 静電像現像方法 - 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 本発明は静電像保持部材上の静電像を現像する手段とし
て、−成分系現像方式を用いて行う静電像現像方法に関
するものである。

従来の技術 絶縁性磁性トナーを用いる一成分現像方式について述べ
ている米国特許４１２１９３１号では絶縁性゛トナーは
１０１２Ωｃｍ以上の比抵抗を有し、トナーの帯電方法
は静電像保持部材（以下ドラムと称する）と現像剤支持
体（以下スリーブと称する）間に存在する電圧源によっ
て生じた任意の電位、およびドラム上の電位の存在によ
って現像領域内のトナーに作用する電場が強くなり、ト
ナーがスリーブの導電性部分と乱流的に繰り返し接触す
るとき、電場によって電荷が導電性の面からトナーへ電
荷が注入され帯電する。このとき摩擦による帯電は少な
くトナー全体の帯電にはほとんど寄与していない。

特開昭５１−２６０４６号公報では磁性トナーは比抵抗
１０Ｉ４Ω釧以上の絶縁性を有し、前記磁性トナー粒子
表面には磁性体粒子が露出されており、トナーの帯電手
段はトナーの搬送中にトナー粒子相互間で摩擦させるこ
とである。このとき粒子表面のマグネタイトと樹脂が互
いにこすり合ってマグネタイトは負に、樹脂は正に帯電
し、表面上に多数の正負電荷を持つ。トナー粒子−個全
体として見ればある粒子は正に、ある粒子は負になる。

トナ一層には正と負に帯電した粒子が存在しており、ト
ナ一層全体を見れば正と負で相殺された帯電が現れる。

西独特許２３６１４１８号では１０′。〜１０′６Ω口
の比抵抗を有する磁性トナーで、トナーが搬送される磁
気装置と前記磁気装置と一定の距離で対向している導電
性ドナー表面間に存在する電位差による電荷の注入によ
ってトナー粒子を帯電させ、帯電したトナー粒子の一部
は磁気装置から導電性ドナー表面に転移し、前記導電性
ドナー表面と対向して位置している静電像保持部材表面
へ帯電したトナーを接触現像させる。

磁気装置と導電性ドナー表面の転移領域に印加される電
位差はトナーの比抵抗により異なり、３０００〜１００
００　Ｖ　／　ｃｒｎである。つまりトナーの帯電手段
は磁気装置と導電性ドナー表面間の転移領域に印加され
る電界による電荷の注入によって帯電させるわけである
。

米国特許３９０９２５８号では導電性磁性トナーを用い
た一成分現像法を示し、静電像にトナーを現像するプロ
セスにおいて、導電性のスリーブと静電像を有するドラ
ムの基板とを電気的に接続し、スリーブ表面に磁気力に
よって導電性磁性−成分トナーを保持させる。スリーブ
に隣接して、一定距離に静電像を有するドラムを対向さ
せ、静電像により電気的回路を通じて誘導されるトナー
の電荷による静電力が磁気力よりも大になるような電界
強度の静電像を置くことにより現像が可能となる。

発明が解決しようとする問題点 特開昭５３−３１１３６号公報による方法では高濃度の
画像を得るとき摩擦による帯電がほとんど無いため、現
像に必要な電荷をトナーに与えるには大きな電場がドラ
ムとスリーブの間に必要になる。その電場が低電位の静
電潜像電位である場合はこれを現像することは困難であ
る。また高電場をかけることは低消費電力、ドラムの寿
命等の問題が生じる。西独特許２３６１４１８の場合も
トナーの帯電にはトナーの存在する転移領域に高電場を
かける必要があり、同様の問題がある。米国特許２９０
９２５８号での導電性トナーを用いることにより静電像
の極性が正、負いずれであっても簡単に現像し得る。

しかしトナーが導電性であるため一旦現像された像を例
えば普通紙に転写する場合にトナーのとびちりにより像
の鮮鋭度が低下し易く良好な画像が得難い。特開昭５１
−２６０４６でのトナーの相互摩擦によってトナーを帯
電させて現像させるとき正と負に帯電したトナーが存在
するため、ドラム上の静電像の周辺の逆極性のカウンタ
ーチャージの部分にトナー付着が生じ、むだなトナー消
費となる。

現像時ドラムに付着したトナーが紙上に画像として使用
される効率は５０〜５５％で残りは未使用のままクリー
ニングの過程でドラムからかきとられる。

また磁性体が樹脂の表面から顔をだしているトナーを用
いることによって、Ｓｅ等の感光体では表面に傷がつき
やすく、このトナーに対して使用される感光体もおのず
と限定される。また画像濃度をＤＣバイアスで調整する
と白地へのトナー付着が生じ、ＤＣバイアスでの調整は
不適当である。

問題点を解決するための手段 本発明はこのような問題点を解決するもので絶縁性磁性
トナーを用いた一成分現像方式において比較的低電位の
静電像の現像を可能とするものである。

トナーに用いられる成分は樹脂と磁性体が主である。樹
脂としては結着剤として優れ、絶縁性が良く、熱定着に
適した材料である熱可塑性樹脂が用いられる。磁性体と
してはフェライト、マグネタイト等の微粉末強磁性体粒
子が用いられる。またトナーには特性改善のために適当
な材料が添加される。例えばトナーの帯電を制御するた
めにニグロシン等の染料やナフテン酸、高級脂肪酸塩、
四級アンモニウム塩が電荷制御剤として添加される。定
着の際定着ローラーとの離型を改善するために離型剤が
添加される。流動性を良くし凝集化を防ぐために疎水性
シリカ等の流動性向上剤が混入される。

本発明の静電像を現像するために用いられるトナーとし
てはトナーが摩擦によって得る帯電電位を大きくし、ま
た帯電極性を一方向性とし、現像に必要なドラムとスリ
ーブ間の電界のもとで、摩擦によるトナーの帯電電位が
前記の電界による電荷の注入によって得られるトナーの
帯電電位よりもトナー全体の帯電電位に対して大きく支
配されるようなトナーである。前記トナーの持つ特性を
以下に示す。

実施例で詳述するようにドラムとスリーブ間に電界が存
在しないときの摩擦のみによって得られるトナーの帯電
電位をＶｍ　（Ｖ）　、ドラムにトナーを付着させるの
に必要な電界がドラムとスリーブ間に存在するとき、前
記電界による電荷の注入のみによってトナーが得る帯電
電位をＶｊ（Ｖ）とすると、ドラムにトナーが付着する
ときのトナーが有する帯電電位Ｖｇ（Ｖ）はＶｇ＝Ｖｍ
＋Ｖｊで表せ、現像指数ａ＝Ｖｍ／Ｖｇ＝　（Ｖｇ−Ｖ
　ｊ）／Ｖｇとするとき、少なくともａ＞Ｑ、７を示す
トナーを用いることが好ましい。

以上の手段を用いることによって、低電位の静電像の現
像を可能にし良好な画像を得ることを目的とするもので
ある。

作用 本発明はドラムとスリーブをある一定の距離をおいて対
向して位置せしめ、ドラムとスリーブの間にトナーを連
続的に供給し、トナーは磁気によってスリーブ上に吸引
されスリーブ上にトナーの穂立ちを形成しトナーの穂立
ちの少なくとも一部がドラムと接触して現像させるとき
、トナーに電荷を与える手段として、スリーブ、マグロ
ール等の回転によってトナー相互、トナーとスリーブま
たは規制板との接触摩擦帯電による効果を強くするため
、電荷制御剤等の摩擦帯電効果を助長させる。材料の添
加をトナーに行う。前記の手段によってトナーに大きな
摩擦帯電電位を与えることができ、スリーブとドラム間
に存在する電界による電荷の注入の効果によってトナー
を帯電させて現像を行う場合に比べて摩擦によって発生
する帯電電位の分だけ低い電界による現像が可能となり
、高濃度の画像を得ることができるわけである。

実施例 スリーブとドラムの間に存在する電界によってトナーの
動的電流、帯電電位がどのように変動するか調べる実験
を行った。第１図にトナーの動的電流、帯電電位を測定
するための装置を示す。１はアルミニウム円筒で作られ
たドラム電極で静止状態である。２は磁気発生手段であ
るマグロールである。内部の磁極は省略している。３は
スリーブで反時計方向に回転している。反時計方向に回
転させているのはドラム電極１とスリーブ３の間の電界
が存在している領域を通過した直後のトナーの帯電電位
を観察するためである。４はトナーの帯電電位を観察す
るための表面電位プローブ、５は表面電位計（ＴＲＥＣ
社ＭＯＤＥＬ　３４４）である。スリーブ３を時計方向
に回転させ、ドラム１と電位プローブ４の位置関係を反
対にさせてもよい。６はトナーの層厚を規制するための
規制板である。

規制板６とスリーブ３の距離をＢＳＤ、ドラム電極１と
スリーブ３の距離をＤＳＤとする。７ばドラムから流入
、流出する動的電流をモニターする電流計。８はスリー
ブにバイアスＶｏ　　（Ｖ）を与えるための高電圧発生
装置。９はスリーブの回転を制御するためのりレーアク
チュエータ。１０はプリンター。１１はマイコンで表面
電位計５、電流計７からのデータ値を取り込み処理し、
プリンター１０ヘデータを出力し、高電圧発生装置８か
ら出力される電圧を制御し、スリーブの回転を制御する
ためのりレーアクチュエータ９に動作命令を与える作用
を行う。１２はスリーブ上に磁力によって吸引されたト
ナ一層である。トナ一層厚は規制板６で規制される。

表１に実験の諸条件を示す。

表１ 表２に実験に使用した絶縁性トナーの材料組成を示す。

混合、溶融、混練、粉砕、分級の過程を経て、平均粒径
１２〜１３ミクロンの粉末を得、得られた粉体各１００
重量部にそれぞれ流動性向上剤として表２に示した重量
部の疎水性コロイドシリカを加えた。トナーＢ、　　ｌ
−ナーＣはトナーＡに正と負の電荷制御剤をそれぞれ添
加したトナーである。

トナーＢを正に、トナーＣを負に帯電させる性質を持た
せるためである。トナーＡは特開昭５３−３１．１６４
に、トナーＥは特開昭５１−２６０４６に記載されてい
るトナー組成に基づいて作製したものである。トナーＤ
には、トナーＣの電荷制御剤とは別の負帯電作用をもつ
電荷制御剤を添加したものである。

表２ ａ；エピコート１００４　（エポキシ樹脂、シェル化学
社製） ｂ　ｉ　ＴＲ−０５８６（スチレン−アクリル樹脂、日
本ゼオン社製） ｃ　；ＥＰＴ−５００（マグネタイト、戸田工業社製）
ｄ；マピコブラック（マグネタイト、コロンビアカーボ
ン社製） ｅ；ボントロンＮｏ　７　　（オリエント化学社製）ｆ
；スビロンＴＲＨ（保土谷化学社製）ｇ；スピロンＴＶ
Ｈ（保土谷化学社製）トナーの比抵抗は１００００　Ｖ
　／　ａｍのもとで、トナーＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅとも１
０１３〜１０１５Ω印の値を示した。

以下実験手順を示す。

イ）スリーブにバイアスＶＯを印加。

口）スリーブを一定の回転数で回転させる。

ハ）一定時間スリーブを回転させ、このときトナーの動
的電流■、帯電電位Ｖｓのデータをマイコンに取り込む
。電流はドラムから接地の方向を正とする。

二）スリーブを止めて、バイアスを零に戻す。

ホ）この状態で再度トナーの電位Ｖ　ｓｓｏを測定する
。

（これはスリーブにバイアスＶｏを印加した状態で測定
したＶｓからＶｏを引いた値Ｖｓ　−ＶｏとＶ　ｓｓｏ
を比較するためである。両者ともほぼ同じ特性値を示す
。） へ）イからホの操作をＶｏ　＝−１０００〜＋１０００
　Ｖの範囲内で繰り返し行う。

以下実験の結果について述べる。

第２−ａ図から第４−ｂ図に特開昭５３−３１１．３６
に基づいて測定したトナーＡ、Ｂ、Ｃの動的電流を示す
。このときスリーブの回転数は３種類行った。

それぞれ５０．１１６．２２６ｒｐｍである。図番号に
文字のａを含む図はスリーブの印加バイアス■０が正、
文字すを含む図は負である。横軸は印加バイアスＶｏを
ドラムとスリーブのギャップＤＳＤで割って得られた電
界の値を、縦軸に動的電流Ｉをとっている。

電界の絶対値の増加とともに動的電流Ｉの絶対値が増加
し、またスリーブの回転数の増加とともに電流が増加し
ているのがわかる。摩擦帯電を増加させる処理をしてい
ないトナーＡではＶｏ　＝０の印加電界がないときの摩
擦帯電による電流量はほとんどない。しかし処理されて
いるトナーＢ。

Ｃでは摩擦帯電による電流量がトナーＡに比べて大きい
値を示している。

以上の実験はドラム電極は導電性のアルミニウム円筒を
用いて測定を行なった。しかし実際の複写機では静電潜
像保持体には表面に絶縁性である光半導体層が設けられ
た感光ドラムが使用されている。すなわちドラム上に絶
縁層が存在するのでドラムからの電荷の注入は起こらな
いわけである。

導電性のドラム電極を用いることはドラムからの電荷の
注入が生じて、実際の複写機ではそぐわない。従って、
以下のトナーの帯電電位を測定する実験では、上記のこ
とを考慮してドラムからの電荷の注入の影響をなくする
ためにトナーとドラムを接触させずにスリーブ上のトナ
ーの帯電電位を測定する方法を採用した。このときＤＳ
Ｄを上記の動的電流の測定と同じとするため、トナーの
穂立ちと穂立ちの間の谷の部分をドラムと対向させた。

つまり、第１回の測定図ではトナーの穂立ちの山の部分
とドラム電極１が接触しているが、以下の実験ではトナ
ーの穂立ち間の谷の部分とドラム電極１を対向させ、ト
ナーとドラムを接触させずに測定を行なった。

第５図にトナーＡ、、Ｂ、Ｃ，第６図にトナーＤ１Ｅの
スリーブ印加バイアスに対するトナーの帯電電位の変化
を示す。ここではトナーがドラムに付着したときのスリ
ーブ印加バイアスを知るため横軸にスリーブ印加バイア
スをとっている。ドラムへのトナー付着に関する実験は
後で述べる。

第５図においてトナーＡはＶｏ＝Ｏのときの摩擦効果に
よる帯電電位はほとんど生じていない。

しかしトナーＢ、トナーＣでは電荷制御剤の添加の効果
により摩擦帯電電位は数十Ｖとトナー八に比べて高い絶
対値を示していることがわかる。゛各トナーともスリー
ブの印加バイアスの増加に比例して帯電電位が増加して
おり、これはスリーブとドラム間に存在する電界の影響
でスリーブからの電荷の注入によるトナーの帯電電位の
変化を示している。第６図のトナーＤはトナーＣと同様
の特性を示し、摩擦帯電電位の絶対値が約１００■と高
い値を示している。

トナーＥは粒子相互の摩擦によって帯電し、トナーに正
負帯電の粒子が存在しており、トナー全体の帯電電位は
相殺され小さい値となっている。

トナーＥはトナーＡとほぼ同様の特性を示しており、ス
リーブからのトナーへの電荷の注入の影響によるトナー
帯電電位のスリーブ印加バイアス依存特性を示している
。

次に現像指数ａについて説明する。第５．６図において
スリーブとドラム間の電界が零の状態で電荷の注入がな
くトナーが摩擦のみによって得られる帯電電位をＶｍと
する。これはＶＯ＝０のときのＶ　ｓｓｏの値であり、
各特性の切片を示している。スリーブ印加バイアスＶｏ
を増加していくとトナーはドラムとスリーブ間に存在す
る電界によって電荷の注入を受けて帯電電位が増加する
。このときのトナー全体の帯電電位は摩擦によって得ら
れた帯電電位にこの電荷の注入による帯電電位が重畳さ
れたものである。

ドラムにトナーが付着する現像状態になるまでバイアス
を上げたときそのときのトナー全体の帯電電位をＶｇと
すると、ＶｇからＶＯ＝０のときの摩擦によって得られ
たトナーの帯電電位Ｖｍをひいた値をＶｊとすると、Ｖ
ｊは現像時のバイアスでトナーが電荷の注入によって得
られた帯電電位である。Ｖｇ＝Ｖｍ＋Ｖ　ｊと表すこと
ができる。

現像指数ａはａ　＝　Ｖ　ｍ　／　Ｖ　ｇで示され、摩
擦帯電電位が現像時トナー全体の帯電電位に対してどの
程度占めているかを示す指数である。

第７図は第５図のトナーＢの特性を模型的に示したもの
である。トナーがドラムへ付着する時のバイアスｖＯを
ＶｆとするとトナーＢではＶｆ−＋４００Ｖ、そのとき
の・トナーの帯電電位Ｖｇは＋７５Ｖ、Ｖｏ＝０のとき
の摩擦のみによる帯電電位Ｖｍは＋６３Ｖであるから、
ＶｇからＶｍを引いた値■ｊがＶｏ−＋４００Ｖによる
電荷の注入で得られたトナーの帯電電位でｖｊ−＋１２
Ｖである。よって現像指数ａ　＝０．８４となる。各ト
ナーの特性を表３に示す。

ｌ・ナーＡでは現像に寄与する帯電電位は摩擦効果によ
るところは少なく電荷の注入によるところが大きいため
ａ　＝０．０８と小さい値で、現像には大きな電界が必
要となる。しかしトナーＢではａ＝０．８４、トナーＣ
ではａ　＝０．９２と電荷の注入によって得られるトナ
ーの帯電電位が現像に寄与する割合は小さく、摩擦によ
って得られたトナーの帯電電位が現像に大きく寄与して
おり、低電位の電界による現像が可能となることを示し
ている。トナーＤはトナーＣとほぼ同様の特性をしめし
ておりａ＝０．９５である。トナーＥではａ　＝０．０
６で小さい値であるが、トナーには摩擦によって正負に
帯電した粒子が存在しており、低い印加バイアスでの現
像が可能であるが、発明が解決しようとする問題点に記
載した問題点があり良好なトナーとは言えない。

以上の実験は電界によるトナーの帯電電位特性を観察す
る手段としてスリーブにバイアスを印加したが、これは
ドラムへ印加しても同等であり、ドラムが感光体でその
静電潜像によっても同等の効果が得られる。

このようにトナーに摩擦帯電効果を持たせることにより
、電荷の注入によってトナーを帯電させて現像を行う方
法に比べて約半分以下の電位の静電像で現像を行うこと
が出来る。

表３ 以下のドラムへのトナー付着の実験は第１図のようにド
ラムとトナーの穂立ちを接触して行なった。ドラム上の
トナー付着はトナーＡの場合＋９００■のスリーブ印加
バイアスが必要で、トナーＢは一４００Ｖ、　　Ｉ−ナ
ーＣは一３００Ｖ、　ｌ−ナーＤは一３００Ｖであり、
トナーＢ、Ｃ，Ｄは低電位での現像が可能で、高濃度の
トナー付着得ることができた。

現像時ドラムに付着したトナーが転写時に複写像として
使用される効率を測定し、また画像を観察するため、正
帯電用感光体はセレン、負帯電用感光体は有機光半導体
を使用し、実験機はＦＰ−１３００複写機（松下社製）
を用いて現像を行なった。

結果は、トナーＢ、Ｃ，Ｄでは７５〜８０％を示した。

画像も拡散反射光学濃度は１．４以上の高濃度を示した
。また線画像間やヘタ黒像周辺へのトナー付着も見られ
ず、かぶりの少ない、良好な画像が得られた。

発明の効果 本発明の摩擦帯電の効果を強く持ち、現像指数ａ＞Ｑ、
７を示すとトナーを用いて静電現像を行なうことにより
、低電位の静電像の現像が可能となり、また普通紙への
転写でトナーの飛びちりがな（高濃度のベタ黒が得られ
、白地画像へのトナーのかぶりが極めて少ない良好な像
を形成できる一成分現像を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトナーの帯電電位を測定する装置の概略図、第
２図（ａ）、（ｂ）はトナーＡの印加電圧に対するトナ
ーの動的電流の特性を示すグラフ、第３図（ａ）、ｆｂ
）はトナーＢの印加電圧に対するトナーの動的電流の特
性を示すグラフ、第４図（ａ）、（ｋｌｌはトナーＣの
印加電圧に対するトナーの動的電流の特性を示すグラフ
、第５図はトナーＡ、Ｂ、Ｃのスリーブ印加バイアスに
対するトナーの帯電電位の特性を示すグラフ、第６図は
トナーＤ、Ｅのスリーブ印加バイアス圧に対するトナー
の帯電電位の特性を示すグラフ、第７図は現像指数ａの
算出方法を示す模型的なグラフである。 １′・・・ドラム電極、３・・・スリーブ、４・・・表
面電位プローブ、１２・・・トナ一層。 第１図 第２図 （＾） 印加電界（ｖｉｃ仄） 第２図 （ｂ） 丘Ｔ力口　電　界　（Ｖ／（忽） 第３図 ＥＩ７．．７７０電界（Ｖ／ｃａ） 第３図 （ｂ） 丘Ｖカロ゛吃菌”ｓ　　（Ｖｌｃ辺） 第　４　図 卵カロ　電　界　（Ｖ／ｃｔｙｔ） 第４図 （ｂ） 叩刀口噸り界（Ｖ／ｃｍ） 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 摩擦による帯電が支配的である比抵抗１０＾１＾３Ωｃ
   ｍ以上の絶縁性磁性一成分現像剤であって、かつ下記の
   特性 ａ）静電像保持部材と現像剤支持体間に電界が存在しな
   いときの摩擦のみによって得られる現像剤の帯電電位を
   Ｖｍ（Ｖ）とし、 ｂ）静電像保持部材に現像剤を付着させるのに必要な設
   計極性の電界が静電像保持部材と現像剤支持体間に存在
   したとき、前記電界による電荷の注入のみによって現像
   剤が得る帯電電位をＶｊ（Ｖ）とすると、 ｃ）静電像保持部材に現像剤を付着させるときの現像剤
   全体として有する帯電電位Ｖｇ（Ｖ）はＶｇ＝Ｖｍ＋Ｖ
   ｊで表せ、 ｄ）現像指数ａをａ＝Ｖｍ／Ｖｇ＝（Ｖｇ−Ｖｊ）／Ｖ
   ｇとするとき、 ａ＞０．７を示す現像剤を静電像保持部材に対してある
   一定の距離をおいて対向して置かれている現像剤支持体
   上に、前記現像剤支持体の内周に近接する磁気発生手段
   によって吸着せしめ、磁気ブラシを形成し、前記現像剤
   の磁気ブラシの穂立ちの少なくとも一部が前記静電像保
   持部材面と接触させて現像剤を静電像保持部材に付着さ
   せることを特徴とする静電像現像方法。