JPH06202380A - 現像剤用導電性磁性キャリア、現像剤および画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 合成樹脂中に導電性微粒子が分散された導電
性樹脂被覆層が磁性キャリアコアの表面に形成された導
電性磁性樹脂キャリアと、絶縁性トナーとを組み合わせ
た現像剤。ａ−Ｓｉ系感光体２１の表面に導電性磁性樹
脂キャリアと絶縁性磁性トナーとからなる現像剤７１を
供給して現像剤溜り７３を形成する。現像バイアス電源
３９により感光体２１表面に電荷を注入して帯電させ、
ＬＥＤアレイ４１により背面露光し、同時現像してトナ
ー像７５を形成する。 【効果】 現像剤に高い導電性が付与され、かつ安定す
る。背面露光記録方式の画像形成において、長期にわた
って安定して効率良く感光体を帯電させることができ、
現像剤の長寿命化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プリンター、デジタル
式複写機、ファクシミリ、複写機などに利用される、電
子写真方式を応用した画像形成方法、現像剤および現像
剤用キャリアに関する。

【０００２】

【従来の技術】カールソン方式に代表される電子写真方
式は現在広く用いられており、感光体の均一帯電→選択
露光による潜像の形成→現像剤によるトナー像の形成→
転写→定着を基本プロセスとする。

【０００３】一方、背面露光記録方式を採用した非カー
ルソン方式の画像形成方法についても近年各種の報告が
なされており、装置の小型化、プロセスの簡略化が可能
であるとされている（画像電子学会誌，１６，（５），
３０６，（１９８７）、特開昭６１−１４９９６８号公
報、同６３−１００７１号公報、同６３−２１４７８１
号公報）。

【０００４】背面露光記録方式は、感光体の表面側に現
像剤を供給して現像剤溜りを形成し、この現像剤溜りで
クリーニング、感光体の均一帯電−背面画像露光−同時
現像を行なうものであり、クリーニング、帯電、画像
（信号）露光および現像を同時に行なうことができる。

【０００５】しかしながら、比較的短い現像剤溜り（帯
電／露光／現像ゾーン）で、現像に必要な帯電量を現像
剤を介して感光体に注入し、しかも、現像してシャープ
で安定したトナー像を得ることが必要であるため、各機
能素材やシステム上の要請が厳しく、実現化には困難な
問題が多い。

【０００６】また、現像剤を介して電荷を注入するため
に、一成分現像剤にあっては、トナーに導電性が要求さ
れ、導電性磁性トナーが要求される。そのため、コロナ
転写方式やバイアスローラ転写方式などの静電転写方式
を用いて普通紙転写を行なうことができず、高抵抗紙の
使用が必要となる。

【０００７】特公昭６０−５９５９２号公報には、背面
画像露光により普通紙に多色の記録画像を得る方法が記
載されているが、光半導体層上に絶縁体層を積層した感
光体を用いるため、繰返し使用が困難になる。この対策
として、転写電界を利用して電荷像を消去するとしてい
るが、安定して良好な画像を得ることは実用上問題が多
く困難である。

【０００８】また、絶縁性トナーを用いる方法として
は、１０⁴〜１０⁸Ω・ｃｍの鉄粉キャリアと絶縁性磁性
トナーとからなる二成分現像剤を用い、帯電用バイアス
電極と現像用バイアス電極の２つの対向電極を設け、背
面画像露光−同時現像を行ない、画像形成することが報
告されている（電子写真学会誌、Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．
３，ｐ４４２，１９８８、特開昭６１−４６９６１号公
報）。しかしこのシステムを実機に搭載しようとする
と、実際上の制御が難しく、安定して鮮明な画像を得る
ことができず、また、装置の構成も複雑である。

【０００９】一方、キャリアコアをポリオレフィン樹脂
で被覆した被覆キャリアについては、特開平２−１８７
７７０号公報、同２−１８７７７１号公報、同３−２０
８０６０号公報、同４−７０８５３号公報等に報告され
ている。これら各公報には、特開昭６０−１０６８０
８号公報に記載の方法を用いることにより、キャリアコ
アの表面で直接モノマーを重合し、合成樹脂被覆層を形
成しうること、その結果、形状係数が１３０〜２００
の表面凹凸キャリアが得られること、被覆層形成後に
加熱処理することにより表面凹凸状態を制御しうるこ
と、キャリアコアとしては、鉄粉、フェライト、マグ
ネタイト粒子の他、磁性微粒子をバインダー中に分散し
た磁性樹脂キャリアコアを使用できることが記載され、
さらに、樹脂被覆層中にカーボンブラック等の導電性
微粒子を添加しうることが記載されている。

【００１０】しかしながら、上記各公報に、樹脂被覆層
の電気抵抗は、１〜１０⁶ 〜１×１０¹⁴Ω・ｃｍ、好ま
しくは１０⁸ 〜１０¹³Ω・ｃｍ、さらに好ましくは１０
⁹ 〜１０¹²Ω・ｃｍに設定すると記載され、また、カー
ボンブラックのような導電性微粒子の添加によってキャ
リアの電気抵抗が適度に低下し、電荷のリーク、蓄積が
バランスよく行なわれる結果、現像性が高められ、画像
濃度が高くコントラストの鮮明な画像が得られると記載
されていることからも明らかなように、前述の樹脂被覆
キャリアは、通常の帯電用絶縁性キャリアを指向してお
り、少なくとも本発明の如き導電性キャリアとしての使
用を示唆していない。また、上記各公報では、いずれも
市販のカールソンタイプの複写機により画像形成を行な
っており、本願発明の如き背面露光方式の画像形成への
応用は示唆していない。

【００１１】また、本出願人は先に、バインダー樹脂に
磁性体を含有せしめたキャリアコアの表面に、カーボン
ブラック等の導電性微粒子を固着したり、ＩＴＯ等の導
電性薄膜を形成することにより導電層を形成した導電性
磁性樹脂キャリアを提案した（特願平３−２８０８７０
号）。このキャリアは、大きな磁力と高い導電性を兼ね
具えた優れた導電性磁性樹脂キャリアであるが、現段階
においては、その用途や使用方法によっては必ずしも耐
久性が十分とは言えず、長期間使用されると、現像器内
での撹拌による衝撃によって、表面の導電性微粒子が欠
落して初期特性の劣化することがある。また、ＩＴＯ等
の導電性薄膜は摩耗しやすい。さらに出願人は、フェラ
イト等の磁性体の粒子の表面にＩＴＯ薄膜を形成した
り、樹脂被覆を介して導電性微粒子を固着することによ
り導電化処理を施した導電性磁性キャリアについても報
告したが（特願平３−３０９７６８号）、これらも上記
と同様の問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高い導電性
と大きな磁力との両者を付与することが可能で、しかも
耐久性に優れたキャリアおよびこれを配合した現像剤を
提供するものである。

【００１３】本発明は、電荷注入やトナーによる現像が
良好に実施でき、しかも転写特性に優れた背面露光方式
の新たな画像形成方法を提供するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の現像剤用導電性
磁性キャリアは、磁性キャリアコアの表面に、合成樹脂
中に導電性微粒子が分散された導電性樹脂被覆層を形成
したことを特徴とする。

【００１５】本発明の現像剤は、上記キャリアと絶縁性
のトナーとを混合してなることを特徴とする。

【００１６】本発明の画像形成方法は、透光性支持体上
に少なくとも透光性導電層と光導電層を順次設けた感光
体と、上記現像剤と、前記感光体の光導電層側に配設さ
れ、前記現像剤を感光体表面に供給する現像手段と、前
記感光体の透光性導電層と前記現像手段との間に電圧を
印加する手段と、前記感光体の透光性支持体側に前記現
像手段と対向するように配設された露光手段とを用い、
前記感光体表面に前記現像剤を接触させ、前記透光性導
電層と前記現像手段との間に電圧を印加しつつ、選択さ
れた光を前記透光性支持体側から前記現像手段との対向
部位近傍の前記光導電層に照射し、前記感光体上に、該
光照射に対応するトナー像を形成することを特徴とす
る。

【００１７】

【実施例】図１は本発明のキャリア１１の実施例を示す
模式図であり、キャリアコア１３の表面に、導電性樹脂
被覆層１５が形成されている。キャリアコア１３は、磁
性粒子からなり、磁性体粒子そのもの、合成樹脂中に磁
性体微粒子を分散・担持せしめた磁性樹脂粒子などが用
いられる。

【００１８】磁性体粒子としては、マグネタイト、ガン
マ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属（Ｍ
ｎ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｕ等）を一種または二種以上含有す
るスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネ
トプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄
や合金の粒子を用いることができる。その形状は、粒
状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を
要する場合には、鉄等の強磁性微粒子を用いることがで
きるが、化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、
ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェ
ライト等のマグネトプランバイト型フェライトなどのフ
ェライトやマグネタイトを用いることが好ましい。

【００１９】磁性樹脂粒子は、ポリスチレン系樹脂に代
表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン
系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などのバインダー樹脂中
に磁性体微粒子を分散・担持せしめて造粒することによ
り得られる。磁性体微粒子としては、前述の磁性体粒子
と同様の素材を用いることができる。磁性体微粒子は磁
性樹脂粒子中の７０〜９０重量％を占める量で添加する
ことが適当である。

【００２０】導電性樹脂被覆層１５は、合成樹脂中に導
電性微粒子が均一に分散・担持されてなる。この合成樹
脂としては、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、シ
リコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等が用いられ、特にポ
リエチレン樹脂等のポリオレフィン樹脂が好ましい。ポ
リオレフィン樹脂を用いることにより、キャリア表面に
トナー樹脂が付着するスペントが防止され、また、キャ
リアの環境特性も良好となる。

【００２１】導電性微粒子としては、カーボンブラッ
ク、酸化スズ、導電性酸化チタン（酸化チタンに導電性
材料をコーティングしたもの）、炭化ケイ素、各種金属
などが用いられる。

【００２２】導電性微粒子の導電性合成樹脂被覆層１５
中への配合量は、導電性微粒子の導電性付与能力による
が、キャリアに要求される導電性を付与しうる量とす
る。キャリアに要求される導電性（電気抵抗）について
は後述する。導電性樹脂被覆層１５の層厚は、キャリア
１１中に占めるキャリアコア１３の重量％（コア含量）
として規定できる。キャリアコア１３が磁性体粒子の場
合は、コア含量は８０重量％以上とすることが好まし
く、より好ましくは８５重量％以上、特に好ましくは９
０〜９８重量％である。一方、キャリアコアが磁性樹脂
粒子の場合は、コア含量は８０重量％以上が好ましく、
より好ましくは８５〜９６重量％である。コア含量が小
さくなりすぎると、キャリアとしての磁力が低下し、キ
ャリア引きの原因となる。

【００２３】キャリア１１の平均粒径は、１０〜１００
μｍが好適であり、好ましくは１５〜６０μｍ、より好
ましくは２０〜５０μｍである。また、１０μｍ未満の
小径キャリア粒子をカットし、実質上存在せしめないこ
とも望ましい。キャリア１１が余り大きくなると感光体
を均一に帯電させることが困難となり、トナー濃度Ｔ／
Ｄを大きくすることができなくなる。一方、余り小さす
ぎると、現像スリーブ上の現像剤の搬送性が悪くなり、
また、キャリア引きが発生しやすくなる。

【００２４】キャリア１１は、体積固有抵抗が１０⁶ Ω
・ｃｍ以下であることが適当であり、好ましくは１０⁵
Ω・ｃｍ以下、より好ましくは１０¹〜１０⁴Ω・ｃｍで
ある。体積固有抵抗が余り大きくなると、導電性キャリ
アとしての特性が損なわれ、例えば、背面露光方式に用
いた場合は、電荷の注入が速やかに行なわれず、感光体
の帯電が不十分となる。キャリア１１に必要な導電性
は、主として導電樹脂被覆層１５によって付与され、導
電性樹脂被覆層１５に分散・担持される導電性微粒子の
素材や添加量を制御することにより調整できる。なお、
キャリア１１の体積固有抵抗は、底部に電極を有する内
径２０ｍｍのテフロン製筒体にキャリア１１を１．５ｇ
入れ、外径２０ｍｍφの電極を挿入し、上部から１ｋｇ
の荷重を掛け、測定した時の値である。

【００２５】キャリア１１の磁力は、ある程度以上に大
きいことが必要であり、好ましくは１ＫＯｅ（エールス
テッド）の磁場での最大磁化（磁束密度）が４０ｅｍｕ
／ｇ以上、より好ましくは４０〜９０ｅｍｕ／ｇ、さら
に好ましくは４５〜７０ｅｍｕ／ｇである。キャリア１
１の磁力が余り小さくなると、現像剤の搬送性が劣化
し、また、キャリア１１がトナーとともに現像され、い
わゆるキャリア引きを生じる。

【００２６】また、キャリア１１の表面形状は凹凸状と
することもでき、表面形状を適度に凹凸状とすることに
より、現像剤中へのトナー混合比（トナー濃度）を高く
設定でき、画像濃度を高くできる。表面形状の凹凸程度
は、数１に示した形状係数Ｓとして定義できる。

【００２７】

【数１】 （外周：キャリア粒子の投影像の外周の平均値 面積：キャリア粒子の投影面積の平均値）

【００２８】形状係数Ｓは１３０〜２００の範囲が好適
であり、より好ましくは１４０〜１７０である。本発明
のキャリアの製造方法は特に限定されず、例えば以下の
方法により製造できる。

【００２９】（１） 樹脂を溶媒等に溶解し、その中に
導電性微粒子を分散させ、これをキャリアコア１３上に
塗布し、加熱により溶媒を揮発、除去して導電性樹脂被
覆層１５を形成する方法。 （２） 樹脂を溶媒等に溶解し、その中に導電性微粒子
を分散させ、これをキャリアコア１３上に塗布し、加熱
して溶媒を除去するとともに、樹脂成分の架橋、重合を
進め、強固な導電性樹脂被覆層１５を形成する方法。 （３） 導電性微粒子の存在下に、キャリアコア１３の
表面でモノマーを直接重合せしめ、導電性微粒子を巻き
込むようにして導電性樹脂被覆層１５を成長、形成する
方法。

【００３０】上記（３）の方法は、前述の「従来の技
術」の項で触れた被覆キャリアに関する各公報、例えば
特開平２−１８７７７１号公報に、特開昭６０−１０６
８０８号公報を引用して記載されている。この方法によ
れば、キャリアコア１３に対して導電性樹脂被覆層１５
が強固に付着し、また、導電性樹脂被覆層１５中での導
電性微粒子の均一分散性が良好であり、しかも、導電性
樹脂被覆層１５から導電性微粒子が脱離しにくい。よっ
て、現像器内での撹拌時の衝撃などにより、導電性微粒
子の脱落や、導電性樹脂被覆層１５自体の損傷が防止さ
れ、初期の導電性が損なわれることがない。

【００３１】さらに、本発明の導電性磁性キャリア１１
は、万が一、それに導電性を付与している導電性樹脂被
覆層１５が一部損傷した場合にも、導電性が損なわれな
い。この様子を模式的に示したのが図２である。

【００３２】図２Ａに示すように、本発明のキャリア１
１は、現像器内での撹拌による衝撃などにより、長期使
用後に、導電性樹脂被覆層１５の一部が摩耗や損傷した
場合にも、キャリアコア１３の表面に一部でも導電性樹
脂被覆層１５が残存すれば、樹脂被覆層１５自体が導電
性を有するためキャリア１１（粒子）としての導電性が
維持される。したがって、このキャリア１１が連結して
形成される磁気ブラシを介して、感光体に電荷を注入す
ることができる。

【００３３】一方、図２Ｂに示すように、本願出願人が
先に提案した導電性微粒子１９を樹脂層１７に固着した
キャリア１１´では、表面の導電性微粒子１９のみが導
電サイトとして働いているので、表面が一部でも破損す
ると直ちに導電性の低下ないしは消失が起こる。

【００３４】上記の本発明のキャリアとトナーとを混合
して、静電潜像用現像剤とする。トナーとしては通常の
絶縁性トナーが用いられ、好ましくは体積固有抵抗が１
０¹⁴Ω・ｃｍ以上のものであり、さらに好ましくは１０
¹⁵Ω・ｃｍ以上である。この値は、キャリアの場合と同
様に測定される。

【００３５】トナーとしては、従来と同様の構成のもの
が用いられ、例えば、バインダー樹脂、着色剤、電荷制
御剤、オフセット防止剤などを配合することができる。
また、磁性体を添加して磁性トナーとすることもでき、
トナーの機内飛散の防止に有効である。バインダー樹脂
としては、スチレン・アクリル共重合物等のポリスチレ
ン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹
脂などが用いられる。

【００３６】着色剤としてはカーボンブラックをはじめ
各種の顔料、染料が；荷電制御剤としては第４級アンモ
ニウム化合物、ニグロシン、ニグロシン塩基、クリスタ
ルバイオレット、トリフェニルメタン化合物等が；オフ
セット防止剤、定着向上助剤としては低分子量ポリプロ
ピレン、低分子ポリエチレンあるいはその変性物等のオ
レフィンワックス；磁性体としてはマグネタイト、フェ
ライトなどが使用できる。

【００３７】本発明の現像剤では、キャリアとトナーの
平均粒径の比（キャリア）／（トナー）を、１〜５とす
ることが好適であり、好ましくは１〜３である。キャリ
アに比べてトナーが著しく小さくなると、一定トナー濃
度の場合にトナーによって覆われるキャリアの表面積が
増加し、現像剤のトナー濃度を上げることができず、そ
の結果、本発明の画像形成方法に適用した場合に条件に
よっては画像濃度が低下する場合がある。なお、トナー
の平均粒径は一般に２０μｍ以下が好ましく、より好ま
しくは１５μｍ以下である。また、トナーの表面に帯電
性微粒子や研摩性微粒子を固着せしめて、トナーの帯電
特性を制御したり、研摩性を付与することもできる。

【００３８】現像剤としての体積固有抵抗値は １０⁶Ω
・ｃｍ以下が好適であり、好ましくは １０⁵Ω・ｃｍ以
下、より好ましくは１０³〜１０⁵Ω・ｃｍである。この
値は、キャリアと同様にして測定される。抵抗が大きく
なりすぎると、感光体の帯電が不十分となる。

【００３９】図３は、本発明の画像形成方法の実施例を
示す説明図である。ガラスなどの透光性を有する中空円
筒状の透光性支持体２３の上に透光性導電層２５および
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系の感光層２７が形
成されて、ドラム状の感光体２１が構成されている。ま
た、ドラム状の感光体２１に代えて、ベルト（シート）
状感光体を用いてもよい。

【００４０】感光層２７としては、ａ−Ｓｉ層の他に、
Ｓｅ合金層、有機感光層などいずれもが採用できるが、
感度が高く電荷担体の移動度が大きいものが望ましい。
このような感光層としては、例えば、ａ−Ｓｉ系感光層
があり、特に透光性支持体２３上に少なくとも透光性導
電層、ａ−Ｓｉ系光導電層およびキャリア注入阻止表面
層を順次設けたものが好ましい。

【００４１】図４は、このようなａ−Ｓｉ系の感光体２
１の層構成の詳細を示す説明断面図であり、支持体側キ
ャリア注入阻止層２６、ａ−Ｓｉ系光導電層２９および
キャリア注入阻止表面層２８が積層されて感光層２７が
形成され、この感光層２７が透光性導電層２５上に形成
されて感光体２１を構成している。

【００４２】支持体側キャリア注入阻止層２６は、感光
体２１表面が現像バイアス電圧を印加された現像剤７１
と接触した際に、透光性導電層２５からａ−Ｓｉ系光導
電層２９への現像バイアスと逆極性のキャリアの注入を
阻止することにより、画像ノイズを除き、露光部と非露
光部との静電コントラストを高めて画像品質を向上させ
ると共に、現像におけるバックグラウンドのカブリを低
減する。

【００４３】支持体側キャリア注入阻止層２６には、透
光性導電層２５からのキャリアの注入を阻止する電気的
な特性と共に、透光性支持体２３側からの画像露光の光
を吸収しないように透光性が高く（光学的バンドギャッ
プが大きい、または光透過率が高い）、さらに透光性導
電層２５やａ−Ｓｉ系光導電層２９との密着性が良く、
ａ−Ｓｉ系光導電層２９の形成時の加熱等にも大きな変
質を起こさないといった特性が必要である。

【００４４】支持体側キャリア注入阻止層２６として
は、アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ
ｘ）、アモルファスシリコンオキサイド（ａ−ＳｉＯ
ｘ）、アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ
ｘ）、ａ−ＳｉＣ・Ｏ、ａ−ＳｉＣ・Ｎ、ａ−ＳｉＯ・
Ｎ、ａ−ＳｉＣ・Ｏ・Ｎ等のａ−Ｓｉ系層や、ポリエチ
レンテレフタレートやパリレン、ポリ四フッ化エチレ
ン、ポリイミド、ポリフッ化エチレンプロピレン、ウレ
タン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカー
ボネート樹脂、酢酸セルロース樹脂、その他の有機材料
層等を用いると良い。ａ−Ｓｉ系層においては、Ｃ、
Ｎ、Ｏ等の含有量を層厚方向に変化させたものも用いる
ことができる。

【００４５】また、支持体側キャリア注入阻止層２６と
して、ａ−Ｓｉ系のｐ型またはｎ型半導体層を用いるこ
とができる。この場合、ａ−Ｓｉ系光導電層２９に比べ
て光学的バンドギャップを大きくするために、或いはさ
らに密着性を高めるために、Ｃ、Ｏ、Ｎ等の元素を含有
させ、更に透光性導電層２５からのキャリアの注入を阻
止するために不純物元素を含有させる。

【００４６】即ち、負電荷キャリアの注入を阻止するた
めには、周期律表第ＩＩＩａ族元素(以下、周期律表第
ＩＩＩａ族元素をＩＩＩａ族元素と略す)を１〜１０，
０００ｐｐｍ、好適には１００〜５，０００ｐｐｍ含有
させると良く、一方、正電荷キャリアの注入を阻止する
ためには、周期律表第Ｖａ族元素（以下、周期律表第Ｖ
ａ族元素をＶａ族元素と略す）を５,０００ｐｐｍ以
下、好適には３００〜３,０００ｐｐｍ含有させると良
い。そして、これらの元素は層厚方向に亘って勾配を設
けても良く、その場合には層全体の平均含有量が上記範
囲内であれば良い。

【００４７】このように支持体側キャリア注入阻止層２
６にＩＩＩａ族元素を含有した場合は、正極性の現像バ
イアスが用いられ、他方、Ｖａ族元素を含有した場合
は、負極性の現像バイアスが用いられる。ここで、ＩＩ
Ｉａ族元素やＶａ族元素としては、それぞれＢ元素やＰ
元素がＳｉとの共有結合性に優れて半導体特性を敏感に
変え得る点で、その上優れた注入阻止能力が得られると
いう点で望ましい。

【００４８】支持体側キャリア注入阻止層２６の厚み
は、０．０５〜５μｍ、好適には０．１〜３μｍの範囲
内が良く、これにより良好な注入阻止能が確保し易く、
また支持体側キャリア注入阻止層２６での露光の不必要
な吸収を抑制してａ−Ｓｉ系光導電層２９において光キ
ャリアを有効に生成でき、しかも、残留電位の上昇を抑
制することができる。

【００４９】ａ−Ｓｉ系光導電層２９は、例えばグロー
放電分解法、スパッタリング法、ＥＣＲ法、蒸着法など
により形成し、その形成に当たってダングリングボンド
終端用に水素（Ｈ）やハロゲン元素を１〜４０原子％含
有させる。また、ａ−Ｓｉ系光導電層２９の暗導電率や
光導電率などの電気的特性、光学的バンドギャップなど
について所望の特性を得るために、ＩＩＩａ族元素やＶ
ａ族元素を含有させたり、Ｃ、Ｎ、Ｏ等の元素を含有さ
せると良い。なかんずく、ａ−ＳｉＣを光導電層２９に
用いる場合には、化１

【００５０】

【化１】 のｘ値を０＜ｘ≦０．５、好適には０．０５≦ｘ≦０．
４５の範囲に設定すると良く、この範囲であれば、ａ−
Ｓｉ層よりも高抵抗となり、かつ良好なキャリアの走行
が確保できるという点で望ましい。ＩＩＩａ族元素やＶ
ａ族元素としては、それぞれＢ元素やＰ元素がＳｉとの
共有結合性に優れて半導体特性を敏感に変え得る点で、
その上優れた光感度特性が得られるという点で望まし
い。

【００５１】さらに、ａ−Ｓｉ系光導電層２９の中を、
光キャリア発生の機能を高めた光励起層領域と、キャリ
ア輸送の機能を持たせたキャリア輸送層領域とを積層し
たものとすると、光感度と静電コントラスト、耐電圧等
を共に高めることができる。この際、光励起層領域は、
光キャリアの生成を高めるため、成膜時の条件におい
て、（１）低成膜速度で成膜する、（２）Ｈ₂ やＨｅで
の希釈率を高める、（３）ドープする元素を輸送層領域
よりも多く含有させる、等すると良い。

【００５２】また、キャリア輸送層領域は、主に感光体
２１の耐電圧を高めると共に、励起層領域から注入され
たキャリアを感光体２１表面へスムーズに走行させる役
割を持つが、この層領域においても光励起層領域を透過
してきた光によりキャリア生成が行なわれ、感光体２１
の光感度に寄与する。

【００５３】また、ａ−Ｓｉ系光導電層２９の中を、光
励起層領域と輸送層領域とを積層したものとした場合に
は、光励起層領域の厚みを画像露光の波長の光に対する
この層領域の吸収係数から求められる光吸収層の厚みに
ほぼ等しく設定すると良い。

【００５４】キャリア注入阻止表面層２８は、有機材料
もしくは無機材料のいずれによっても形成することがで
きる。キャリア注入阻止表面層２８に用いられる無機材
料としては、例えばａ−ＳｉＣが好適であり、その他に
ａ−ＳｉＮ、ａ−ＳｉＯ、ａ−ＳｉＣ・Ｏ、ａ−ＳｉＮ
・Ｏなどがあり、それを薄膜形成手段により形成する。
キャリア注入阻止表面層２８にａ−ＳｉＣ層を用いた場
合には、化２

【００５５】

【化２】 のｘ値で０．３＜ｘ＜１．０、好適には０．５≦ｘ≦
０．９５、さらに好ましくは０．６≦ｘ≦０．９５の範
囲がよい。

【００５６】キャリア注入阻止表面層２８の厚みは０．
０５〜５μｍ、好適には０．１〜３μｍ、さらに好まし
くは０．１〜２μｍにすればよい。この厚みが０．０５
μｍ未満の場合には、表面層２８で十分な画像濃度の向
上や絶縁耐圧の向上ができず、また、繰り返し使用した
場合、磨耗により寿命も劣る。５μｍを越えた場合には
精細な電荷パターンを形成するに当たって、表面層２８
中で電界（電気力線）が膜面方向に広がりを生じ、これ
により解像力の低下をきたし十分な解像度が得られず、
また、表面に残留する電荷が多くなって残留電位が高く
なるため、画像濃度の低下やバックのかぶり或いは繰り
返し使用における画像濃度の変化や残像の発生等の問題
が生じる。

【００５７】かくして得られる感光層２７の全体の膜厚
は、上記各層の設定にもよるが、露光光源としてＬＥＤ
やＥＬを用いた場合には、約１〜２０μｍが好適であ
り、好ましくは１〜１５μｍ、さらに好ましくは３〜１
０μｍである。この範囲内に膜厚を設定することによ
り、露光が十分に吸収されて良好な光感度を示すと共
に、感光体としての耐圧も確保でき、低いバイアス電圧
でも良好な画像が得られる。

【００５８】透光性支持体２３の内側、すなわち感光体
２１の背面側には、現像ユニット３１と対向するように
して露光手段（画像信号露光装置）としてのＬＥＤアレ
イ４１が配置されており、集光素子４３（セルフォック
レンズ）を介して背面露光がなされる。また、露光手段
として、ＬＥＤアレイに代えて、ＥＬ発光素子アレイ、
プラズマ発光素子アレイ、蛍光体ドットアレイ、光源と
液晶やＰＬＺＴを組合せたシャッタアレイ、光ファイバ
ーアレイなどを用いることもできる。

【００５９】感光体２１の周囲には現像ユニット３１、
転写ユニット５１および定着ユニット６１が設けられて
いる。図５は、感光体２１と現像ユニット３１の対向部
近傍を示す部分図であり、図示の便宜上、図３に対して
一部を詳細に、一部を簡略化して示してある。

【００６０】現像ユニット３１は、感光体２１の感光層
２７側に配設され、現像剤７１を感光体２１の表面に供
給する。現像ユニット３１の導電性スリーブ３５には、
感光体２１の透光性導電層２５と現像ユニット３１との
間に電圧を印加する現像バイアス電源３９が接続されて
いる。現像ユニット３１は、いくつかの磁極（Ｎ，Ｓ
極）を有するマグローラ３３を導電性のスリーブ３５が
内包してなり、現像剤７１の層厚を規制するドクターブ
レード３７が設けられている。本実施例では、感光体２
１およびスリーブ３５をそれぞれ矢印ＰおよびＳ方向に
回転して現像剤７１を感光体２１の表面に搬送、供給し
ている。なお、マグローラ３３は、固定でも、回転させ
てもよい。

【００６１】このように、現像剤７１を感光体２１と逆
方向に回転させると、現像ユニット３１（スリーブ３
５）と感光体２１の最近接部位（図５中のＡ部）より
も、感光体２１の回転方向で下流側（現像剤７１から離
れる側）に、現像剤溜り７３が生じる。現像剤７１の本
来の高さよりもはみ出した部分が現像剤溜り７３であ
り、現像剤７１の搬送速度や現像剤７１の高さ、スリー
ブ３５と感光体２１の表面とのギャップ等は、感光体２
１の回転速度や必要とする現像剤溜り７３の大きさに応
じて適宜設定する。

【００６２】現像剤７１は、導電性表面層を有する磁性
の樹脂キャリアと絶縁性トナーとからなり、このキャリ
アとしては前述の如き、バインダー樹脂に磁性体を含有
せしめたキャリアコアの表面に導電層を形成したキャリ
アが好ましい。トナー、キャリア、現像剤の好ましい特
性は前述の通りである。

【００６３】導電性かつ磁性のキャリア１１が磁気ブラ
シを形成しており、これにトナーが付着している。トナ
ーが磁性トナーの場合は主として磁力により、また、非
磁性トナーの場合には帯電により、キャリア１１に付着
している。

【００６４】画像形成に際しては、スリーブ３５により
現像剤７１を現像剤溜り７３に搬送し、現像バイアス電
源３９から導電性のスリーブ３５に正の現像バイアス電
圧を印加する。なお、この実施例では正帯電性のトナー
を使用しているが、トナーの帯電性およびバイアス電圧
の正負は、感光体の特性によって決定する。感光層２７
が現像剤７１と接触したときから、現像剤７１のキャリ
ア１１から成る磁気ブラシを介して、現像バイアス電源
３９により感光体２１に電荷が注入され、前回の画像形
成時における残留電荷のイレースおよび感光体の帯電が
行なわれる。また同時に、転写ユニット５１で転写され
ず感光体２１に付着残存した残存トナーが、磁気ブラシ
によりクリーニングされる。

【００６５】感光体２１の透光性支持体２３側に現像ユ
ニット３１と対向するように配設されたＬＥＤアレイ４
１（露光手段）により、現像ユニット３１と感光体２１
の対向部位近傍に画像信号が光照射される。

【００６６】ＬＥＤアレイ４１により選択的に画像信号
露光がなされると、露光部の感光層２７の電位が急速に
低下し電位差ができる。この時、トナーは、この電位差
により、磁気ブラシからの磁力あるいは静電気力をふり
きり、感光層２７上に付着する。ついで、感光層２７と
現像剤溜り７３の現像剤層が離れると、現像された上記
のトナーは乱れずにそのまま感光層２７上に残り、感光
体２１の表面にトナー像７５が形成される。この現像工
程においても、上記と同様に磁性キャリア１１により安
定した磁気ブラシが形成されているので、現像剤溜り７
３が一定し、シャープで安定した画像が得られる。

【００６７】ＬＥＤアレイ４１により画像露光を行なう
位置は、感光体２１の表面と現像スリーブ３５との最近
接位置Ａではなく、感光体２１の回転方向で下流側に形
成された現像剤溜り７３の位置が好ましく、現像剤溜り
７３の中でも下流側の後半部すなわち、現像剤７１と感
光体２１とが離れる位置Ｂの近傍とすることがより好ま
しい。

【００６８】現像剤溜り７３の位置で露光を行なうこと
により、露光までの間に感光体２１への現像バイアス電
圧の印加が十分に安定し、感光体２１の履歴の影響が抑
えられるように均一帯電すると共に、感光体２１の表面
の残留トナーや画像背景部のトナーの回収が十分に行な
われる。さらに、感光体２１への現像バイアス電圧の印
加が十分に安定してから露光を行なって光キャリアを発
生させるので、良好なトナー像７５が形成される。そし
て、トナー像７５の形成後は感光体２１が現像剤溜り７
３から速やかに離れるため、感光体２１の表面のトナー
像７５が現像剤７１との衝突や摩擦等のような機械的な
力により乱されることがなく、良好な解像度のトナー像
７５が得られる。

【００６９】また、現像剤溜り７３の位置では、感光体
２１の表面と現像スリーブ３５とが最も近接する位置Ａ
よりも、感光体２１の表面とマグローラ３３の距離が大
きくなる。このため、現像剤７１をマグローラ３３の側
に吸引する磁力は弱くなり、感光体２１の表面に形成さ
れたトナー像７５の一部が磁力によって現像ユニット３
１の側に回収されて画像濃度が低下したり、磁力により
乱されて解像度が低下したりすることを防止できる。

【００７０】この帯電、同時露光現像における、現像バ
イアス電圧は、２５０Ｖ以下の低バイアスとすることが
望ましく、より好ましくは１０〜２００Ｖ、さらに好ま
しくは３０〜１５０Ｖである。バイアス電圧が余り低す
ぎると、帯電および現像が十分に行なわれない。一方、
バイアス電圧が高すぎると、キャリア１１までが現像さ
れ、これは特にキャリア１１の粒径が小さい場合に著し
い。前述のようなａ−Ｓｉ系感光体は、このような低バ
イアス現像に好適である。

【００７１】また、現像剤溜り７３で、感光体２１の表
面に流れ込んでくる電流を測定することにより、現像剤
７１の動的な抵抗を測定することができる。本発明で
は、この動的な抵抗が１０⁷Ω以下であることが好まし
く、より好ましくは１０⁶Ω以下、さらに好ましくは１
０⁴〜１０⁶Ωである。

【００７２】感光体２１上のトナー像７５は、転写ユニ
ット５１で、転写バイアス電源５５により負のバイアス
電圧が印加された転写ローラ５３により、紙８１（被転
写部材）に転写される。本発明では、トナーが絶縁性で
あるので、普通紙を用いた場合にも、高い転写効率で安
定して転写できる。ついで、転写トナーは、定着ユニッ
ト６１で、定着ローラ６３（加熱ローラ）により紙８１
に定着される。６５は圧力ローラを示す。転写後の感光
体２１上の残存トナーは、現像ユニット３１との対向位
置で感光体２１が現像剤７１と接触した際にキャリア１
１の磁気ブラシによって除去され、別途クリーニング部
材を設ける必要がない。もちろん、現像ユニット３１の
前段に別途クリーニングユニットを設けてもよい。

【００７３】また、転写ユニット５３と現像ユニット３
１の間で感光層２７に残留した電荷を消失させるために
除電手段（例えば、除電光源）を設けることもできる。
図６は、本発明の画像形成方法の他の実施例を示す、図
５に対応する部分説明図である。この実施例は、現像ユ
ニット３１に制御電極３２およびそれに付随する部材を
設けた以外は、図３〜５に示した実施例と同様である。

【００７４】現像バイアス電源３９とは別個に電圧制御
可能な制御電極３２は、感光体２１と現像ユニット３１
の対向部近傍に設けられるが、図示の如く、ＬＥＤ光の
露光位置よりも感光体２１における上流側に設けられる
ことが好ましく、図６ではスリーブ３５上で感光体２１
との最近接部Ａに設けられている。制御電極３２は絶縁
体３４でスリーブ３５に対して絶縁されており、制御電
極用電源３６（電圧印加手段）により、現像バイアス電
源３９とは独立して電圧が印加される。制御電極３２お
よび絶縁体３４は、スリーブ３５には取り付けられてお
らず、固定されており、スリーブ３５および感光体２１
の回転にかかわらず、常に最近接位置Ａに位置する。ま
た、制御電極３２は、感光体２１や現像剤７１に均一な
電界を印加できるように、スリーブ３５の長さ方向（軸
線方向）に沿って帯状とする。

【００７５】制御電極３２の電位は、制御電極用電源３
６により、スリーブ３５の電位とは独立して所定の電位
に調整する。例えば制御電極３２を接地し、透光性導電
層２５と共通電位にする。あるいは、スリーブ３５の電
位に対して、その電位を低くもしくは高く設定する。

【００７６】このように、スリーブ３５とは独立に電位
を印加できる制御電極３２を設けると、表面の電位を揃
え、以前の画像形成プロセスによる感光体２１の履歴の
影響を打ち消すことができ、この結果、繰り返し使用
時、例えば１枚の画像を得るために感光体２１を数回転
させる場合等に、安定した現像状態と記録画像とが得ら
れる。

【００７７】ここで制御電極３２の電位を調整すると、
画像濃度や地カブリ等に対する最適画像形成条件を調整
し得る。また、現在のところそのメカニズムが明らかで
はないが、本発明者等の画像評価実験においては、制御
電極３２の電位を高くし、スリーブ３５の電位を低くす
ることにより、非露光部にトナーが付着し、露光部には
トナーが付着しない、いわゆる反転現像も可能となっ
た。

【００７８】なお以上の説明では、本発明のキャリアお
よび現像剤を、背面露光記録方式に利用することを中心
にして説明したが、本発明のキャリアはこれに限定され
ず、現像剤に高い導電性と磁性が要求される他の画像形
成方法にも利用することができる。また、本発明の現像
剤も同様に他の画像形成方法に利用できる。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、キャリアに大きな導電
性と強い磁性とを付与でき、しかもこのキャリアは耐久
性に優れ、長期使用によっても初期の導電性を維持す
る。このキャリアと絶縁性トナーとを組み合わせること
により、現像剤としては導電性を有し、しかも、絶縁性
のトナー像を形成することができ、このトナー像は静電
転写方式により容易に普通紙転写が可能である。

【００８０】また、本発明の画像形成方法によれば、導
電性磁性キャリアと絶縁性のトナーを用いて均一帯電お
よび安定な現像が可能となり、静電転写により高い画像
濃度で安定して画像を形成することができる。

【００８１】実験例１ （１） キャリアの調製 特開平２−１８７７７１号公報の第５頁下左欄９行以降
に記載の「キャリアの製造例２）の方法に準拠して、本
発明の導電性磁性キャリアを製造した。但し、フェライ
トとしては平均粒径３０μｍのフェライト（Ｆｅ₂Ｏ₃−
ＣｕＯ−ＺｎＯ）を用い、フェライトとカーボンブラッ
ク含有ポリエチレン被覆との重量比を９４：６に設定し
た。得られた導電性磁性キャリアの性状は以下の通りで
あった。 平均粒径：３５μｍ 体積固有抵抗：５×１０² Ω・ｃｍ 最大磁化（１ＫＯｅ）：５５ｅｍｕ／ｇ フェライト含量：９４重量％

【００８２】 （２） トナーの調製 スチレン／アクリル酸ｎ−ブチル共重合体（共重合比80／20） 73重量部 マグネタイト 15重量部 カーボンブラック 5重量部 ポリプロピレンワックス 5重量部 荷電制御剤 2重量部 上記混合物を混練後、ジェットミルで粉砕し、分級して
平均粒径７μｍのトナーを得た。

【００８３】（３） 現像剤の調製 上記キャリア８５重量部とトナー１５重量部とを均一混
合して現像剤とした。この現像剤の体積固有抵抗は５×
１０³Ω・ｃｍ であった。

【００８４】（４） 画像の形成 図３，５に示した装置を用いて画像形成を行なった。こ
こで感光体としては、外径３０ｍｍの円筒ガラス基板上
にＩＴＯ透光性導電層およびａ−Ｓｉ系感光層を形成し
た、光導電層の厚さ６μｍのａ−Ｓｉ系感光体を用い
た。現像バイアス電源３９の電圧は＋５０Ｖとし、−２
００Ｖの転写バイアス電圧を転写ローラに印加して転写
して市販普通紙上に画像形成したところ、画像濃度１．
２以上の画像が安定して得られた。１０万連続印字して
耐久性を評価したところ、安定して初期と同等の画像が
得られた。また、この連続印字後に現像剤を取り出し体
積固有抵抗を測定したところ、５．５×１０³ Ω・ｃｍ
と初期と同等の値を示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のキャリアの実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明のキャリアおよび比較例のキャリアの耐
久性を示す模式図である。

【図３】本発明の画像形成方法の実施例を示す説明図で
ある。

【図４】本発明で使用する感光体の実施例を示す説明図
である。

【図５】本発明の画像形成方法の実施例における感光体
と現像手段との対向部を示す部分説明図である。

【図６】本発明の画像形成方法の他の実施例における感
光体と現像手段との対向部を示す部分説明図である。

【符号の説明】

１１ キャリア １１′ キャリア １３ キャリアコア １５ 導電性樹脂被覆層 １７ 樹脂層 １９ 導電性微粒子 ２１ 感光体 ２３ 透光性支持体 ２５ 透光性導電層 ２６ 支持体側キャリア注入阻止層 ２７ 感光層 ２８ キャリア注入阻止表面層 ２９ ａ−Ｓｉ系光導電層 ３１ 現像ユニット ３２ 制御電極 ３３ マグローラ ３４ 絶縁体 ３５ スリーブ ３６ 制御電極用電源 ３７ ドクターブレード ３９ 現像バイアス電源 ４１ ＬＥＤアレイ ４３ 集光素子 ５１ 転写ユニット ５３ 転写ローラ ５５ 転写バイアス電源 ６１ 定着ユニット ６３ 定着ローラ ６５ 加圧ローラ ７１ 現像剤 ７３ 現像剤溜り ７５ トナー像 ８１ 紙 Ａ 感光体２１とスリーブ３５との最近接位置 Ｂ 現像剤７１と感光体２１とが離れる位置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性キャリアコアの表面に、合成樹脂中
   に導電性微粒子が分散された導電性樹脂被覆層を形成し
   たことを特徴とする現像剤用導電性磁性キャリア。
2. 【請求項２】 磁性キャリアコアの表面に、合成樹脂中
   に導電性微粒子が分散された導電性樹脂被覆層を形成し
   たキャリアと、絶縁性のトナーとを混合してなることを
   特徴とする現像剤。
3. 【請求項３】 透光性支持体上に少なくとも透光性導電
   層と光導電層を順次設けた感光体と、 磁性キャリアコアの表面に、合成樹脂中に導電性微粒子
   が分散された導電性樹脂被覆層を形成したキャリアと、
   絶縁性のトナーとを混合してなる現像剤と、 前記感光体の光導電層側に配設され、前記現像剤を感光
   体表面に供給する現像手段と、 前記感光体の透光性導電層と前記現像手段との間に電圧
   を印加する手段と、 前記感光体の透光性支持体側に前記現像手段と対向する
   ように配設された露光手段とを用い、 前記感光体表面に前記現像剤を接触させ、 前記透光性導電層と前記現像手段との間に電圧を印加し
   つつ、 選択された光を前記透光性支持体側から前記現像手段と
   の対向部位近傍の前記光導電層に照射し、 前記感光体上に、該光照射に対応するトナー像を形成す
   ることを特徴とする画像形成方法。