JPS62150366A - 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、−成分現像方式を用いて行う静電像現像方法に関す
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４１２］９３］号では絶縁性トナーは１
０１２Ωｃｍ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）や他の部材と現
像剤支持体（以下スリーブと称する）間に存在する電圧
源によって生した任意の電位、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、電場によってスリーブの導電性の面か
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
１０１４Ωｃｍ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ちトナー粒子−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惑Ω１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ってトナー粒子を帯電
させる。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、
３０００〜１００００Ｖ／ｃ＋ａ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−成分磁性トナー
を用いた現像法を示している。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ｌ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 米国特許４１２１９３１号による方法では高濃度の画像
を得るためには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
電潜像電位によるもの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。またこの方法でトナーに電荷を与える
ことはトナーが存在する領域の電界の強さが変化した場
合トナーの帯電電位が変動し、画像に悪い影響を与える
可能性がある。例えばヘタ環の現像を行う場合とベタ白
の現像を行う場合とではトナーの帯電電位に変動が生じ
、安定した現像を行うことが困難となる。またトナーに
電荷を注入するためにトナーには急速な撹乱作用を与え
ねばならず、それはトナー飛散による機械的汚染が生じ
頻繁なメンテナンスが必要となる。

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２９０９２５８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号公報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
ー付着が生し、ＤＣバイアスでの調整は不適当である。

問題点を解決するだめの手段 上記問題点を解決するために本発明の静電像現像方法は
０．７〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍの平均粒径を持
つ磁性体微粒子を５〜６０％の重量比、好ましくは２０
〜５０％を含有したトナーを用いる。磁性体はマグネタ
イト、フェライト、鉄、二、ケル、コバルト等が知られ
ている。スリーブ又は磁気発生手段（以下マグロールと
称す）の双方、又は一方の回転によって前記トナーを搬
送させたとき、前記スリーブ上に前記スリーブに対して
基本的に相対的に動かないトナーの薄層の固定層が形成
される。前記固定層と前記固定層の上に存在する前記ス
リーブに対して比較的自由に動ける可動層との摩擦によ
って現像剤を帯電させる方法である。

作用 本発明は上記の方法によって絶縁性磁性トナーを用いた
一成分現像方式の比較的低電位の静電像の現像を可能と
する。さらにトナーの帯電電位がトナーが晶電場が存在
する領域、例えばスリーブとドラム間に存在するとき電
界等の諸条件に左右されず、バラツキのない安定した摩
擦帯電電位を保持することが可能となる。すなわちスリ
ーブ上に磁性体含有量の多いトナーの薄層が形成され、
この層は基本的にスリーブに対して相対的に動かない固
定層となる。前記固定層の上にスリーブに対して比較的
自由に動ける可動層が形成される。

この可動層は前記固定層を形成するトナーよりも磁性体
含有量は少ない。前記固定層と前記可動層間で安定した
摩擦帯電が行われる。

また電荷注入によってトナーを帯電させる方式が提案さ
れているが、トナーは現像領域に存在する電界の大きさ
が変化した場合それに伴って注入される電荷量も変化し
トナーの帯電電位は安定しない。しかし本発明ではスリ
ーブ上に形成されるトナーの固定層によってトナーの帯
電電位を不安定にさせる電荷注入を妨げ、トナーは安定
な摩擦帯電量を保持でき、良質の複写画像を得ることが
できる。

実施例 第１図に本発明の実施例を示す。１は感光体ドラムで静
電潜像が形成されている。２はマグロール。図では６極
を示しているが、６極以上でも以下でもよい。３はスリ
ーブ、６はトナーの層厚を規制する規制板である。ホッ
パー７からトナーがスリーブ上に供給される。スリーブ
の回転によりトナーが現像領域８へ搬送されるがこのと
きスリーブ上には薄層のトナーの固定層と固定層の上に
可動層が形成され、固定層と可動層の摩擦によってトナ
ーが現像に最適な帯電量に帯電する。静電潜像を保持し
た感光体との接触で現像され、図には示していないが転
写、定着の過程を経て、複写画像が得られる。

表１に本発明のトナーＡ、Ｂ、Ｃと比較例のトナーＤ、
　　Ｅの材料組成を示す。重量部は重量パーセント、平
均粒径はμｍである。

平均粒径が１．５μｍと２．５μｍの磁性体を含むトナ
ーＡ、Ｂ、Ｃを使用したとき光学反射濃度１．４以上の
高濃度で線画像間やヘタ黒像周辺にトナー付着も見られ
ずかぶりも少ない良好な画像が得られた。また長期使用
に対しても安定な画像が得られた。しかし平均粒径が０
．　３μｍと０．４μｍの磁性体粒子を含有するトナー
Ｄ、　　Ｅでは画像濃度が薄くまた長期使用に対して画
像濃度にバラツキが見られた。

ここで磁性体の粒径は走査型電子顕微鏡で観察した。

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するとトナーＡ。

Ｂ、Ｃでは７５〜８０％を示した。しかしトナーＤ、　
　Ｅでは５０〜５５％と低い値である。

（以下余白） 表　　１ ａ；ＮＣ−６１００（スチレン−アクリル樹脂、日本カ
ーバイド社製） ｂ；ＴＲ−０５８６（スチレン−アクリル樹脂、日本ゼ
オン社製） Ｃ；エピコート１００４　（エポキシ樹脂、シェル化学
社製） ｄ　；ＴＢ−ＲＶＢ　（利根産業社製）ｅ　；ＫＮＳ−
７１０（戸田工業社製）ｆ　；ＭＺ−１００ＡＳ　（関
東電化工業社製）ｇ；ＭＡＴ−３０５（戸田工業社製） 前記のトナーの固定層は完全にその層だけがスリーブ上
に固着しているのではなく、前記固定層の上層部は前記
可動層との接触運動により部分的にかきとられ可動層と
なり現像に寄与する。また新しく供給されるトナーがス
リーブ上で一部が固定層、一部が可動層となる。全体的
にみて固定層を形成するトナー粒子は交換されるが、ス
リーブ上には常に均一な薄層の固定層を形成している。

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
帯電電位がどのように変動するか調べる測定を行った。

第２図にトナー帯電電位を測定するための装置を示す。

９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６極としているが６極以上でも以下でもよい
。３はスリーブで時計方向に回転している。時計方向に
回転させているのはドラム電極９とスリーブ３の間の電
界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。１０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、１３は表面電位計（ＴＲＥＣ社　ＭＯＤＥ
Ｌ　　３４４）である。

スリーブ３を反時計方向に回転させ、ドラム９と電位プ
ローブ１０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９とスリーブ３の
距離をＤＳＤとする。

１１はスリーブにバイアスを与えるための高電圧発生装
置。１２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。１５はプリンター。

１４はマイコンで表面電位計１３からのデータ値を取り
込み処理し、プリンター１５へデータを出力し、高電圧
発生装置１１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リレーアクチュエータ１２に動作
命令を与える作用を行う。５はスリーブ上に磁力によっ
て吸引されたスリーブ３に対して比較的自由に動くこと
のできるトナーの可動層である。トナ一層厚は規制板６
で規制される。４はスリーブ上に固着して基本的にスリ
ーブに対して相対的に動かないトナーの固定層である。

トナ一層５を取り除くことによって固着したトナ一層４
は肉眼で観察することが可能で、スリーブ上で薄層に形
成されていることがわかる。

表２に実験の諸条件を示す。

表　　２ 以下実験手順を示す。

（イ）スリーブにバイアスＶ。を印加 （ロ）スリーブを一定の回転数で回転させる。

（ハ）このときトナーの帯電電位■５のデータをマイコ
ンに取り込む。

（ニ）スリーブを止めてバイアスを零に戻す。

（へ）イから二の操作を■。＝−１０００〜＋１ＯＯＯ
Ｖの範囲内で繰り返し行う。

以下測定の結果について説明する。

第３図にトナーＤ、Ｅ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。横軸に現像領域の電界
強度Ｅ。（Ｖ／ｃｍ）を取る。これはスリーブ印加バイ
アスＶ。（Ｖ）をＤＳＤで割った値である。縦軸にトナ
ーの帯電電位■５（Ｖ）をとっている。トナーＤ、Ｅは
両極性帯電が可能なトナーであるためＶ。が正負両方の
場合についてグラフに示した。トナーＤ、　　ＥともＥ
ｏ−Ｏ（Ｖ／ｃｍ）のときの摩擦によって得られる帯電
電位は数■と低い値を示している。

各特性は直線関係を示しておりａをその直線の（頃きを
示すものとするとトナーＤ、Ｅともスリーブ印加バイア
スとともにトナーの帯電電位が増加しており、トナーＤ
はａ＝１．５Ｘ１０”、トナーＥはａ＝２．４Ｘ１０”
である。この値が大きいほど電界によるトナー帯電電位
の変動が大きいことを示している。この変化はスリーブ
からトナーへの電荷の注入による変化を示している。現
像に必要なトナーの帯電電位の大部分はスリーブからの
電荷の注入によるものであり、その帯電電位は低電位で
大きくないので、トナー付着を十分に得る現像を行うた
めには高電位のバイアスをスリーブに印加することが必
要である。したがって感光体等の静電像保持部材を用い
た場合、スリーブ上のトナーに高電界を与えるためには
、高電位の静電潜像が必要である。また、ある電位から
トナーのドラムへの付着が急に起こるため中間調の再現
がむずかしくなる。このようにトナーＤ、　　Ｅともト
ナーの帯電電位の電界依存性を示しており、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動が生じて
いる。この変動が画像に影響を与えて良好なトナーとは
言えない。

次に本発明によるトナーＡ、Ｂ、Ｃの特性を第４図に示
す。トナーは負帯電性を示しているためＶｏが負の設計
極性についてグラフに示した。

トナーの摩擦帯電電極性と同極性のバイアスをスリーブ
に与えた設計極性の電界がスリーブとドラム間に存在し
ているとき、トナーの帯電電位は横軸とほぼ平行で傾き
を持たない特性を示し、バイアス零のときの摩擦帯電電
位の値を保持し続ける。電界が存在しないときの各トナ
ーの摩擦帯電電位はトナーＡは一５０Ｖ、トナーＢは一
９０Ｖ、トナーＣは一１００Ｖと高い絶対値を示してい
る。

電界の変動に対してトナーの帯電電位はほとんど変化し
ていない。スリーブとドラム間の電界を変化させてもそ
の影響を受けずほぼ一定の値を示していることがわかる
。つまりスリーブからの電荷の注入が起きていないこと
を示している。

スリーブ上にはスリーブに対して相対的に動かない固着
したトナ一層力ｌ！！縁層の役目をし、スリーブからト
ナーへの電荷の注入が妨げられるわけである。また導電
性ドラムからの注入はドラムに付着するトナ一層が絶縁
層の役目をし、ドラムからトナーへの電荷注入を妨げて
いる。

トナーの帯電はトナーの固着層と可動層の摩擦によって
得られ、つねに安定した摩擦帯電を得ることが出来る。

発明の効果 本発明によるトナーは従来のトナーでは見られない性質
を持ち、スリーブとドラム間に存在する電荷の影響を受
けず常に摩擦帯電で得られた帯電電位を保持し、バラツ
キのない安定した帯電特性を示す。このトナーを用いた
静電像現像方法では低電位の静電潜像の現像が可能とな
り、普通紙への転写も良好に行え、高濃度で白地画像へ
のトナーのかぶりが少ない良好な結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静電像現像方法を示す要部拡大図、第
２図はトナーの帯電電位を測定する装置の構成図、第３
図はトナーＤ、　　Ｅの印加電圧に灼するトナーの帯電
電位の特性を示すグラフ、第４図はトナーＡ、Ｂ、Ｃの
印加電圧に対するトナーの帯電電位の特性を示すグラフ
である。 ｌ・・・・・・感光体ドラム、２・・・・・・マグロー
ル、３・・・・・・スリーブ、４・・・・・・トナーの
固定層、５・・・・・トナーの可動層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第２図 第４図 ７ｓ（Ｖ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）静電像保持部材の静電像を一成分現像剤を用いて
   現像する方法であって、静電像を現像する現像剤を帯電
   させる方法は摩擦であることを特徴とする静電像現像方
   法。
2. （２）前記現像剤を摩擦により帯電させる方法は現像剤
   支持体上に存在する現像剤の現像剤支持体に対して相対
   的に動かない固定層と現像剤支持体に対して比較的自由
   に動ける可動層との摩擦によって現像剤が帯電すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電像現像方
   法。
3. （３）現像剤支持体上に現像剤支持体に対して相対的に
   動かない現像剤の薄層を形成させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の静電像現像方法。
4. （４）現像剤中に含有する磁性体の重量比は現像剤全体
   に対して５〜６０％であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の静電像現像方法。
5. （５）現像剤中に含有する磁性体の粒径は０．７〜４μ
   ｍの平均粒径を持つことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の静電像現像方法。