JPH0774922B2 - 高画質現像方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真法におけるトナー飛散を防止した高
画質現像方法に関し、より詳細にはトナー飛散を防止し
ながら高濃度で細線再現性も良好な鮮明画像の得られる
現像方法に関する。

（従来技術） 電子写真法において、顕電性トナーと磁性キャリアとか
らなる二成分現像剤を使用し、該現像剤をマグネットス
リーブ上に供給して磁気ブラシを形成し、これを静電潜
像の形成された静電潜像担持体を摺擦してトナー像を得
ている。

然しながら、この磁気ブラシ現像方法において、十分な
画像濃度が得られ、且つトナー飛散がなく、しかもこれ
らの特性が長時間にわたって維持されることは容易なこ
とではない。

また、最適画像とは画像濃度だけでなく、細線が忠実に
再現され、画像周辺部に不要トナーが散っていないもの
（以下、単にトナーのチリという。）をいい、一般的傾
向としてトナー濃度が高くなると、高画像濃度は得られ
るが細線部のトナー供給量も必然的に多くなって細線が
太って再現されることがある。更に、トナー濃度を高く
するとトナーの摩擦帯電が不十分となりやすくトナーは
キャリアと結合する能力が少なくしかも現像器における
トナーの出入りも激しくなるためにトナー飛散はもちろ
んのこと画像周辺部のトナーのチリも増していく傾向に
ある。

このため従来の二成分現像方法ではトナー飛散やトナー
のチリを防止する上ではトナー濃度を低めに設定してい
るが、概して現像効率が低く、ベタ部の濃度が低くなっ
てしまい、トナー飛散とトナーのチリを防止し、且つ、
高濃度で細線の再現性も良好な高品質画像を形成するこ
とにかなりの困難を要している。

例えば、特開昭62−63970号公報には、静電潜像担持体
とスリーブとの間に磁気ブラシを激しく振動させる交互
電界を形成するとともに、ドラム−スリーブ間の容積当
たりの磁性キャリアの占める体積を1.5〜30％の範囲で
使用して高画質を得ることが提案されている。この方法
は、トナー濃度の高い現像剤を用い現像域で搬送される
現像剤（磁性キャリアとトナー）の絶対量を少なめに設
定しながら、ピーク電位が静電潜像の最高電位（明部電
位）以上と最低電位（暗部電位）以下にそれぞれ位置す
る交流電圧を印加し、磁気ブラシの振動によってトナー
を飛翔させて、有効現像トナー量を増大して高濃度画像
を得ようとするものである。

（発明が解決しようとする技術的課題） 二成分現像剤では磁性キャリアとトナーとのマッチング
が重要であるが、現状のトナーの製造方法から得られる
トナーにおいて不良帯電粒子をなくすことは容易なこと
ではない。なぜならば、トナーは結着樹脂中に帯電制御
剤等の各種添加剤を分散させた樹脂粒子であり、これら
の添加剤が含まれなかったり或いは含有量の少ないもの
がある確率で存在するためである。このため高濃度画像
を得るために高めのトナー濃度で現像すると未帯電や低
帯電の不良帯電粒子による影響が一層大きくなってトナ
ー飛散やトナーのチリを発生する原因となる。また、本
発明者らが研究を重ねた結果、現像領域において空間の
空気の割合が多くなると静電潜像担持体と現像スリーブ
の相互の回転によって現像領域の上部から下部（回転方
向下流側から上流側へ）へ気流を発生し、この気流がト
ナーを現像器外へ撒き散らす要因であることをつきとめ
た。

そこで、本発明者らは、磁性キャリアとトナーとからな
る二成分現像剤を用いる現像法では、現像域を通る現像
剤の流動状態にキーポイントがあり、この流動状態に関
連して現像条件を一定の範囲に設定すると、トナー濃度
が高めにあって未帯電や低帯電粒子が多く含有されたト
ナーを用いた場合にも、トナー飛散やトナーのチリを防
止しながら高濃度画像が得られしかも細線が忠実に再現
されることを見出した。

したがって、本発明の目的はトナー飛散を防止しなが
ら、高濃度で細線再現性にも優れた良好画像が得られる
二成分現像剤を用いた現像方法を提供することにある。

更に、本発明の目的は未帯電、弱帯電粒子による悪影響
を防止した二成分現像剤を用いた現像法を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、磁性キャリアとトナーからなる二成分
現像剤を現像器から現像スリーブにより現像域に搬送
し、現像域において静電潜像担持体上の静電潜像を現像
し、現像剤の現像剤を現像器に循環することからなる現
像方法において、 下記式 30＜Ｍ×（T/D×1/ρ_ｔ＋C/D×1/ρ_ｃ） ÷Ｈ×100＜40 ・・・・（１） 式中、Ｍは現像剤のスリーブ単位面積当たりの塗布量
（g/cm²）であり、Ｈは静電潜像担持体とスリーブとの
最近接距離（cm）であり、T/Dは現像剤中のトナー重量
分率であり、C/Dは現像剤中のキャリア重量分率であ
り、ρ_ｔはトナーの真密度（g/cm³）であり、ρ_ｃはキ
ャリアの真密度（g/cm³）である。

を満足するとともに、静電潜像担持体と現像スリーブと
の間に静電潜像と同極性で静電潜像の最高電位と最低電
位間で交互電界を形成する交流電圧を印加して現像する
ことを特徴とするトナー飛散を防止した高画質現像方法
が提供される。

（作用） 本発明は、前記式（１）が満足される現像条件、即ち、
現像剤のスリーブ単位面積当たりの塗布量（Ｍ、g/c
m²）、静電潜像担持体とスリーブとの最近接距離（Ｈ、
cm）、現像剤中のトナー重量分率、現像剤中のキャリア
重量分率、トナーの真密度（ρ_ｔ、g/cm³）、及びキャ
リアの真密度（ρ_ｃ、/cm³）を設定するとともに静電潜
像担持体と現像スリーブ間に静電潜像と同極性で静電潜
像の最高電位と最低電位間で交互電界を形成する交流電
圧を印加しながら現像を行うと、現像域における現像剤
の流動状態が顕著に改善されてトナー飛散を有効に防止
しながら画像濃度、細潜再現性の両者を満足し、画像周
辺部のトナーのチリも低減できるという新規知見に基づ
くものである。

即ち Ｒ＝Ｍ×（T/D×1/ρ_ｔ＋C/D×1/ρ_ｃ）÷Ｈ×100…（1
a） で定義されるＲは無次元の現像域体積中における二成分
現像剤の占める体積比（％）を示すものであり、このＲ
の値を30％よりも大でしかも40％未満の値に維持するこ
とより、トナー飛散が有効に防止できる。この現像剤占
有率Ｒが30％以下となると、現像域において現像剤の占
める体積が少なくなり、この領域における磁気ブラシが
現像スリーブと像担持体間の谷間の上から空気を吸い込
んで現像スリーブと像担持体間の谷間の下へ運んで気流
を発生させ、現像器外の機内に気流とともにトナー飛散
させる傾向が認められる。一方、この現像剤占有率
（Ｒ）が40％以上となると、現像域が静電潜像担持体−
現像スリーブ間（Ｄ−Ｓ間）の谷間に詰って現像剤がス
ムーズに流れなくなり、その影響で現像スリーブに相等
な負荷がかかりスリーブの回転がスムーズに行われなく
なくなって、現像剤に 乱が与えられかえってトナー飛
散を生じやすくなる。これに対して、本発明で規定した
範囲では、現像域でＤ−Ｓ間の谷間を通して現像剤の流
れがスムーズに行われて適量のトナーを静電潜像に供給
する一方で、前述した気流の発生も防止され、トナー濃
度が高めにあってもトナー飛散が有効に防止されるので
ある。そして、本発明においては上記現像剤占有率の流
動状態で、静電潜像担持対と現像スリーブ間に静電潜像
と同極性で静電潜像の明部電位と暗部電位間で交互電界
を形成する交流電圧を印加することで磁気ブラシを微動
させており、これによって像担持体表面への磁気ブラシ
の接触をソフトにして線画像へのトナーの過剰供給とト
ナー像の乱れを防止するとともに、非画像部に散らばっ
た不要トナーを拾い取るため、細線再現性が向上しトナ
ーのチリも抑制することができる。

本発明において、交互電界を発生させる交流電圧のピー
ク値が静電潜像の明部電位（最低電位）と暗部電位（最
高電位）間にあることが重要であり、この範囲を離れて
ピーク電圧が大きくなりすぎると、磁気ブラシの振動が
激しくなりすぎて画質にムラが生じさせたり、トナーの
飛翔によって逆に画像カブリやトナーのチリを発生した
り、キャリア粒子の脱落を発生したりする。

前述した従来の特開昭62−63970号公報に記載された現
像方法は、高トナー濃度の現像剤を現像領域でのキャリ
アの体積比率が1.5〜30％となる程度の少ない現像剤量
で使用し、ピーク電圧が静電潜像の明部電位以上と暗部
電位間以下となるような高圧の交流電圧を印加して激し
く磁気ブラシを振動させて現像するもので、現像剤の搬
送量を少なくして像担持体への摺擦圧力を低減し静電潜
像へのトナー供給をトナーの飛翔力によって行ってお
り、本発明が静電潜像へのトナーの供給を微動しながら
摺擦する現像剤（磁気ブラシ）の搬送量に依存している
こと、及び現像領域で発生する気流について何ら考察さ
れていない点からも特開昭62−63970号公報に記載の方
法とは本質的に異なるものである。

本発明において、現像剤占有率（Ｒ）と現像条件の諸因
子との関係は、前記式（1a）より明らかであり、スリー
ブへの現像剤塗布量Ｍが大きくなれば成るほどＲは増大
し、また像担持体−現像スリーブ間距離Ｈが大きくなれ
ばなるぼどＲは小さくなる。また一般にキャリアの真密
度ρ_ｃがトナーの真密度ρ_ｔよりも大きいことから二成
分現像剤中のトナー濃度が高くなれば成るほど、現像剤
占有率は増大する。より具体的には、Ｍは一般に0.06乃
至0.25g/cm²、特に0.1乃至0.2g/cm²の範囲から、Ｈは一
般に0.04乃至0.16cm、特に0.06乃至0.14cmの範囲から、
また現像剤中のトナー重量分率は0.03乃至0.08、特に0.
035乃至0.075の範囲から、これらが組み合わされた時の
Ｒが（１）式を満足しするように現像剤占有率を決定す
る。

また、既に指摘した通り、像担持体と現像スリーブとの
間に印加する交流電圧は磁気ブラシを微動させる程度の
ものであり、静電潜像の明部電位と暗部電位との間でピ
ーク電圧を有するものであればよく、具体的には静電潜
像の暗部電位が−700V、明部電位が−70Vの時にピーク
ツーピーク電圧が−100V〜−600Vとなるように印加する
とよい。目安としては暗部電位と明部電位との電位差の
60乃至90％の範囲でピークツーピークか形成されるとよ
い。

（発明の好適態様） 本発明の現像方法を説明するための第１図において、多
数の磁極、N,Sを備えたマグネットロール11がアルミニ
ウムの如き非磁性材料からなる現像スリーブ12内に収容
されている。この現像スリーブ12から微小間隙、即ちＨ
をおいて、基体13とその上に設けられた電子写真感光層
14とからなる静電潜像担持体15が設けられている。現像
スリーブ12及び静電潜像担持体15は機枠（図示せず）に
回転可能に支持されており、現像ニップ位置23における
移動方向が同方向（回転方向は互いに逆方向）となるよ
うに駆動される。現像スリーブ12は現像器16の開口部に
位置しており、この現像器16の内部には二成分現像剤
（即ち、トナーと磁性キャリアとの混合物）18の混合撹
拌器17が設けられ、その上方にはトナー19を供給するた
めのトナー供給機構20が設けられている。二成分現像剤
18は撹拌器17で混合されてトナーが摩擦電荷を得た後、
現像スリーブ12に供給されて、その表面に磁気ブラシ21
を形成する。そして高圧電源24によって現像スリーブ12
と像担持体15との間には交流電圧が印加されており、穂
切り機構22によって穂立長を調節され磁気ブラシ21は電
子写真感光層14のニップ位置23まで搬送され、電子写真
感光層14上の静電潜像をトナー19で可視像化する。

現像ニップ位置23においては、磁気ブラシ21が微動しな
がら感光層14に接触し、摺擦圧力を緩和しながら最も感
光層−現像スリーブ間が狭くなる現像ニップ中央部23a
を通過する間でトナーが供給される。そして、現像ニッ
プの中央部23aでは飛散の原因となるムダな空間がな
く、現像剤が詰まることなくスムーズに流動する。次い
で、中央部23aを過ぎると現像剤の密度は次第に低くな
っていき、感光層14との間で微動する磁気ブラシ（現像
剤）21は感光層上の画像部周辺に散っているトナーを拾
い取りながら現像器中へ回収され、高濃度で細先画像の
再現性が良好で、画像周辺部のトナーのチリが低減され
た良好画像が得られる。現像剤の塗布量Ｍは、スリーブ
12の周速度を変化させることにより、また、スリーブ12
と穂切機構22との間隔を調節することにより所定の量に
設定できる。

磁性キャリアとしては、キャリア濃度C/Dににも依存す
るが、一般に密度ρ_ｃが3.50乃至6.50g/cm³、特に4.00
乃至5.50cm³のものが好ましく、四酸化鉄、フェライ
ト、鉄粉等のそれ自体公知のものを挙げることかでき
る。特にフェライトキャリアが好ましい。

この磁性キャリアの平均粒径は、一般に20乃至200μ
ｍ、特に40乃至130μｍの範囲に設定することが望まし
く、また飽和磁化が30乃至70emu/g、特に53乃至65emu/g
の範囲にあるものが好適である。

キャリアの電気抵抗は、一般に体積固有抵抗が５×10⁸
乃至５×10¹¹Ω・cm、特に１×10⁹乃至１×10¹¹Ω・cm
の範囲があるのがよい。

トナーとしては、顕電性と着色性とを有する着色トナー
が使用され、着色顔料、荷電制御剤等を分散させた粒径
が５乃至30μｍの樹脂粒子で密度ρ_ｔが1.00乃至1.40g/
cm³、特に1.1乃至1.30g/cm³のものが使用される。この
トナー成分である結着樹脂としては、熱可塑性樹脂や、
未硬化乃至は初期縮合物の熱硬化性樹脂が使用される。
その適当な例は、重要なものの順序に、ポリスチレン等
のビニル芳香族樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアセタ
ール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノー
ル樹脂、石油樹脂、オレフィン樹脂等である。

着色顔料としては、例えばカーボンブラック、カドミウ
ムエロー、モリブデンオレンジ、ピラゾロンレッド、フ
ァストバイオレットＢ、フタロシアニンブルー等の一種
又は２種以上が使用される。

荷電制御剤としては、例べばニグロシンベース（CI5041
5）、オイルブラック（CI26150）、スピロンブラック等
の油溶性染料や、サリチル酸、ナフトエ酸、ナフテン酸
等の金属塩、脂肪酸金属石鹸、樹脂酸金属石鹸、含金属
アゾ染料等が必要により使用される。

トナーはまた、１×10⁸乃至３×10⁹特に２×10⁸乃至８
×10⁹Ω・cmの体積固有抵抗を有するものが好ましく、
また、その誘電率は2.5乃至4.5、特に3.9乃至4.0の範囲
にあるものが望ましい。

現像剤中のトナー重量分率T/Dは、一般に0.03乃至0.1
0、特に0.035乃至0.080の範囲にあるのがよい。また、
現像剤全体としては、電気抵抗が１×10⁹乃至１×10¹¹
Ω・cm、特に５×10⁸乃至４×10¹⁰Ω・cmの範囲にある
のが本発明の目的に好ましい。

現像剤の塗布量Ｍは現像スリーブの磁束密度、穂長、及
び現像スリーブの周速に依存し、マグネット主極の磁気
強度は500乃至1000ガウス、特に650乃至850ガウスのも
のを用いるのがよく、現像スリーブの周速は60乃至800c
m/sec、特に90乃至450cm/secとし、穂切長さは磁束密度
にもよるが0.6乃至1.8mm、特に0.8乃至1.6mmの範囲が適
当である。

また、像担持体と現像スリーブとの間隔は0.4乃至1.6m
m、特に0.6乃至1.4mmの範囲から選択するとよい。

感光体としては、従来より電子写真法に使用されている
感光体、例えばセレン感光体、有機感光体等の全てが使
用できる。

（発明の効果） 本発明によれば、現像領域の現像剤の流動状態が改善さ
れ、静電潜像担持体と現像スリーブ間に発生する気流を
防止し、且つ、静電潜像へのトナーの供給量を安定に保
ちながら磁気ブラシの摺擦圧力によるトナー像の乱れを
防止することが可能となって、トナー飛散やカブリがな
く高濃度で細線の再現性も良好な高画質画像を得ること
ができる。また、画像周辺部のトナーのチリも有効に防
止することができる。

以下、実験例により本発明を説明するが、本発明はこれ
に限定されるものではない。

（実験例１） 三田工業株式会社製レーザープリンターLPX−１（商品
名）改造機を用いて、明部電位が−70Vで暗部電位が−7
00Vで形成された静電潜像を像担持体と現像スリーフと
の間に印加する交流電圧値と現像剤を種々変更して画像
形成を行い画像評価を行った。その結果を表−１に示
す。

表−１より、本発明の現像方法によれば、画像濃度、線
画像の再現性（解像度）、カブリ・トナー飛散、トナー
のチリの全てにおいて良好結果が得られることが分る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の現像方法を適用した現像装置の一例
を表す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性キャリアとトナーからなる二成分現像
   剤を現像器から現像スリーブにより現像域に搬送し、現
   像域において静電潜像担持体上の静電潜像を現像し、現
   像剤の現像剤を現像器に循環することからなる現像方法
   において、下記式 30＜Ｍ×（T/D×1/ρ_ｔ＋C/D×1/ρ_ｃ）÷Ｈ×100＜40 式中、Ｍは現像剤のスリーブ単位面積当たりの塗布量
   （g/cm²）であり、Ｈは静電潜像担持体とスリーブとの
   最近接距離（cm）であり、T/Dは現像剤中のトナー重量
   分率であり、C/Dは現像剤中のキャリア重量分率であ
   り、ρ_ｔはトナーの真密度（g/cm³）であり、ρ_ｃはキ
   ャリアの真密度（g/cm³）である、 を満足するとともに、静電潜像担持体と現像スリーブと
   の間に静電潜像と同極性で静電潜像の最高電位と最低電
   位間で交互電界を形成する交流電圧を印加して現像する
   ことを特徴とする高画質現像方法。