JPH07219283A - カラー画像形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トナー飛散、混色がなく、装置の小型化、低
コスト化ができるカラー画像形成方法を提供する。 【構成】 静電荷像を担持して移動する像担持手段と、
この像担持手段に近接して配設され選択的に作動する複
数個の現像手段とを備え、現像手段を構成する現像剤支
持搬送手段の表面に形成された磁気ブラシによって前記
静電荷像を顕像化するカラー画像形成方法において、現
像剤支持搬送手段を表面に複数個の磁極を設け円筒状か
つ回転可能に形成した永久磁石部材によって構成し、少
なくとも黒色画像以外の色画像形成用の現像剤として非
磁性カラートナーを含有する磁性現像剤を使用し、像担
持手段と現像剤支持搬送手段との間隙より小なる層厚の
磁性現像剤を現像剤支持搬送手段の表面に吸着させて搬
送し、現像領域において像担持手段と磁性現像剤との間
に直流バイアスに交流バイアスを重畳させた交互電界を
印加し、静電荷像を顕像化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、像担持手段の表面に形
成された静電荷像を、カラートナーを含む磁性現像剤か
らなる磁気ブラシによって顕像化するカラー画像形成方
法に関するものであり、トナー飛散、混色等がなく、装
置の小型化、低コスト化を図り得るカラー画像形成方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の中間転写体を使用しない場
合のカラー画像形成装置の例を示す要部構成説明図であ
る。図２において１は感光体ドラムであり、円筒状に形
成され、外周面に酸化亜鉛若しくは有機半導体からなる
感光層（図示せず）を備え、矢印方向に回転可能に設け
られる。２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２ＢＫは現像器であり、夫
々イエロー、マゼンタ、シアン、黒の色のトナーを含む
磁性現像剤を収納し、開口部に回転可能に設けられた現
像ロール３を前記感光体ドラム１に近接して配設され
る。

【０００３】現像ロール３は、例えば軸方向に延びる複
数個の磁極を外周面に設けてなる永久磁石部材と、非磁
性材料により中空円筒状に形成したスリーブとを同軸的
に嵌挿し、両者を相対回転可能に形成した構成のものが
最も一般的である。そしてスリーブの表面に磁性現像剤
を吸着して磁気ブラシを形成し、前記感光体ドラム１の
表面に形成された静電荷像の顕像を行なうのである。

【０００４】４は帯電器、５は転写器、６はクリーナで
あり、夫々感光体ドラム１の外周近傍に設けられる。次
に７は定着器であり、加熱ロール７ａおよび加圧ロール
７ｂを圧接回転可能に形成して構成され、記録紙経路８
において転写器５の下流側に設けられる。

【０００５】上記の構成により、感光体ドラム１は矢印
方向に回転し、帯電器４によってその表面を一様に帯電
させられ、例えば第１色であるイエロー色の画像情報に
対応する露光Ｌが照射されて静電荷像が形成される。こ
の静電荷像が現像器２Ｙに到達すると、現像器２Ｙが作
動状態となって現像ロール３を介してイエロー色のトナ
ーが前記静電荷像に供給され、イエロー画像が形成され
る。

【０００６】上記イエロー画像を担持した感光体ドラム
１は、夫々不作動状態の現像器２Ｍ，２Ｃ，２ＢＫ、転
写器５およびクリーナ６を通過し、続いて帯電器４によ
る帯電と、第２色であるマゼンタ色の画像情報に対応す
る露光Ｌの照射により、マゼンタ像の静電荷像が形成さ
れる。この静電荷像はマゼンタ色のトナーを収容する現
像器２Ｍによりマゼンタ画像が形成される。以後同様に
して感光体ドラム１上には、夫々の色の画像が重畳され
てカラー画像が形成される。

【０００７】上記カラー画像が転写器５に到達すると、
これと同期させて記録紙Ｐが供給され、カラー画像が記
録紙Ｐに転写され、次いで定着器７によって定着され
る。転写時において記録紙Ｐに転写されなかった残留ト
ナーはクリーナ６によって感光体ドラム１の表面から除
去され、次の画像形成工程に移行する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のカラー画像
形成の際に使用される磁性現像剤としては、非磁性のカ
ラートナーと磁性キャリアとを主成分とする二成分系の
磁性現像剤が使用されている。しかしながらこの場合に
使用される二成分系の磁性現像剤は、トナー濃度を一定
範囲内に制御する必要があり、このため夫々の現像器２
Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２ＢＫにトナー濃度制御装置を設置し
なければならない。一般の画像形成装置においては現像
器は１個のみであるが、カラー画像形成装置においては
４個の現像器が必要であるため、夫々の現像器にトナー
濃度制御装置を設置することは、装置全体の構成を複雑
化するのみならず、保守、操作の面においても煩雑であ
り、かつ小型化、低コスト化を阻害するという問題点が
ある。

【０００９】また中間転写体を使用しないカラー画像の
形成に際しては、夫々の色画像を重畳させる工程を経る
ため、非画像部に非所望のトナーが付着することがあ
り、画質を低下させることとなる。この欠点を解決する
ために、像担持手段である感光体ドラム１に磁気ブラシ
を摺擦させない、所謂非接触現像手段についての提案が
ある（例えば特開平５−２１６３２４号公報参照）。

【００１０】しかしながら上記提案も含めて従来のもの
においては、現像ロール３は磁界発生手段である永久磁
石部材の外方に中空円筒状に形成したスリーブを嵌挿し
た構成であるため、スリーブ表面における磁束密度が低
下し、磁性現像剤の吸着保持力が減殺されるという欠点
がある。

【００１１】また永久磁石部材を固定し、スリーブの回
転によって磁性現像剤を吸着搬送する態様のものにおい
ては、スリーブ表面の摩耗により搬送性が時系列的に若
しくは局部的に変化するため、磁気ブラシの形状が不安
定となり、現像性もまた不安定であるという問題点もあ
る。

【００１２】更にスリーブ表面に吸着されて搬送される
磁性現像剤は、内蔵されている永久磁石部材の磁極の近
傍において層厚が増大したり、磁気ブラシの立上りがあ
る。このため磁性現像剤中のトナーが飛散したり、他の
色のトナーと混色したりするため、画質を低下させると
いう問題点がある。このようなトナーの飛散、混色を防
止するために、トナー濃度を例えば７重量％以下に抑制
しなければならず、画像濃度の低下を招来することとな
るという問題点もある。

【００１３】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、トナー飛散、混色がなく、装置の小型化、低
コスト化を図り得るカラー画像形成方法を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、静電荷像を担持して移動する像
担持手段と、この像担持手段に近接して配設され選択的
に作動する複数個の現像手段とを備え、現像手段を構成
する現像剤支持搬送手段の表面に形成された磁気ブラシ
によって前記静電荷像を顕像化するカラー画像形成方法
において、現像剤支持搬送手段を表面に複数個の磁極を
設け円筒状かつ回転可能に形成した永久磁石部材によっ
て構成し、少なくとも黒色画像以外の色画像形成用の現
像剤として非磁性カラートナーを含有する磁性現像剤を
使用し、像担持手段と現像剤支持搬送手段との間隙より
小なる層厚の磁性現像剤を現像剤支持搬送手段の表面に
吸着させて搬送し、現像領域において像担持手段と磁性
現像剤との間に直流バイアスに交流バイアスを重畳させ
た交互電界を印加し、像担持手段上の静電荷像を顕像化
する、という技術的手段を採用した。

【００１５】カラー画像の形成に際して中間転写ドラム
やベルトを使用する場合は、各カラー現像機を非接触現
像型とする必要はないが、１回のフルカラー画像を形成
するために、像担持手段（例えば感光体ドラム）を４回
転させる必要がある。また各カラー現像機を現像毎に移
動させるか、磁気ブラシの穂立ちを遮る手段が必要であ
る。

【００１６】上記のような磁気ブラシ接触現像の場合に
おいては、磁性現像剤の層厚を現像ギャップより小とす
る必要はない。しかし接触現像においても、現像剤支持
搬送手段を表面に複数個の磁極を設け円筒状かつ回転可
能に形成した永久磁石部材によって構成し、磁性現像剤
を現像剤支持搬送手段の表面に吸着させて搬送する本発
明のカラー画像形成方法は、トナー濃度の使用範囲が広
い等の利点があるため、有効に適用できる。なお上記磁
気ブラシ接触現像の場合には、必ずしも交流バイアスを
重畳させなくてもよい。

【００１７】本発明における永久磁石部材は、フェライ
ト磁石のみに限らず、磁性粉と樹脂材料とを主成分とす
る樹脂磁石であってもよい。またこの永久磁石部材は、
シャフトの外周に上記磁石をロール状に一体に形成した
ものでも、あるいはシャフトを含めて全体を磁石材料で
形成したものでもよい。但し、この永久磁石部材は、現
像ムラを防止するために、円周方向および軸方向に継目
がなく、全体が一体に形成されていることが必要であ
る。

【００１８】上記永久磁石部材の表面には、異極性の磁
極が微小間隔を置いて円周方向に交互に配設されている
ため、磁極数が増加すると表面磁束密度が減少する。一
方磁性現像剤の飛散防止の点から、永久磁石部材の表面
磁束密度は５０Ｇ以上であることが好ましく、またトナ
ーが像担持体の表面に形成された静電荷像に付着し易く
するために、１２００Ｇ以下であることが好ましい。ま
た磁極数は、上記表面磁束密度５０〜１２００Ｇに対応
する８〜６０極とすることが好ましい。なお上記表面磁
束密度のより好ましい範囲は１００〜８００Ｇである。

【００１９】次に磁極数を大にすると、永久磁石部材の
周囲に形成される磁界が小さくなり、永久磁石部材の表
面への磁性現像剤の付着量が少なくなる。このため永久
磁石部材の表面に形成される磁性現像剤層の厚さが不均
一となり易いので、このような非所望な現象を防止する
ために永久磁石部材を高速で回転させる必要がある。し
かしながら永久磁石部材の回転速度が早すぎると、駆動
トルクが大になったり、磁性現像剤を構成するキャリア
の摩耗が発生する。一方上記回転速度が遅すぎると、画
像に濃度ムラが発生する。従って永久磁石部材の周速Ｖ
ｍ（mm／秒）は像担持体の周速Ｖｐ（mm／秒）の１〜１
０倍に設定することが好ましく、より好ましくは２〜６
倍である。

【００２０】次に永久磁石部材の外径をＤ（mm）、表面
に設けられる磁極数をＭとすると、下記の式で表される
ｈ（mm）の値が２より小になるように、Ｄ，Ｍ，Ｖｍを
設定することが好ましい。

【００２１】ｈ＝πＤ・Ｖｐ／Ｍ・Ｖｍ 上記ｈは、像担持体の表面が単位時間内に永久磁石部材
の磁極と対面するピッチであるが、ｈが２mm以上である
と、現像ムラが目立つため２mmより小とするのが好まし
く、より好ましくは１mm以下とするのがよい。この場
合、ｈの値を小にするためには、永久磁石部材の磁極数
Ｍと周速Ｖｍを大にすればよいが、磁極数Ｍが多すぎる
と表面磁束密度が低下して、磁性現像剤の飛散が発生し
易く、周速Ｖｍが大きすぎると前記のような不具合が発
生するので、実用上ｈの値は0.４〜1.０mmとするのが好
ましい。

【００２２】また永久磁石部材の表面とドクターブレー
ド先端との間隙であるドクターギャップｔを設ける場合
には、画像品質の点から永久磁石部材と像担持体との間
隙である現像ギャップｇとの差を、（ｇ−ｔ）＝0.２±
0.１５mmとすることが好ましい。なお上記ドクターブレ
ードを永久磁石部材の表面に接触若しくは圧接させてｔ
＝０としてもよい。この場合においては、ドクターブレ
ードをＳＫ材などの磁性材料またはＳＵＳ３０４やリン
青銅などの非磁性材料によって弾性ブレード状に形成
し、その一端を現像剤槽に固定し、他端を前記永久磁石
部材の表面に接触させればよい。

【００２３】次に本発明における永久磁石部材は、導電
性のものでもあるいは半導電性若しくは絶縁性（体積抵
抗＞１０⁶ Ω・cm）のものでもよい。但し、半導電性若
しくは絶縁性の材料で形成した場合には、バイアス電圧
を印加する場合にはドクターブレードから印加すること
が好ましく、この場合ドクターブレードは金属等の導電
性材料によって形成すればよい。

【００２４】また直流電圧に重畳させる交流電圧を使用
する場合は、２０ＫＨｚ以下の比較的低周波のものが好
ましく、より好ましくは１０ＫＨｚ以下である。またピ
ーク・ツウ・ピーク値Ｖp-p は１００〜２０００Ｖの範
囲が好ましく、より好ましくは２００〜１２００Ｖであ
る。

【００２５】次に二成分系の磁性現像剤としては、予め
所定のトナー濃度に調整されたものを現像剤槽内に投入
するか、または永久磁石部材の表面にキャリアを付着さ
せておき、その後現像剤槽内にトナーのみを補給するよ
うにすればよい。これにより、トナー濃度制御手段が不
要となり、現像装置の小型化が図れる。

【００２６】磁性現像剤を構成するキャリアとしては、
平均粒径が１０〜１５０μｍであり、１０００Ｏｅの磁
界中で測定した時の磁化σ₁₀₀₀が３０ｅｍｕ／ｇ以上の
磁性粒子（鉄粉、フェライト、マグネタイト、樹脂中に
磁性粉が分散されたバインダー型粒子等）を使用するこ
とができる。磁化σ₁₀₀₀が３０ｅｍｕ／ｇより小である
と、キャリア付着が生じ易くなるため好ましくない。な
おキャリアは、特に鉄粉であり、球形のものより偏平状
のものが帯電付与性が良好であるため好ましい。

【００２７】更にキャリアの平均粒径は１０〜５０μｍ
のものが特に好ましい。これは平均粒径が５０μｍ以下
であると、トナーの帯電量が充分に得られるが、平均粒
径が１０μｍより小であるとキャリア付着が生じ易くな
るからである。

【００２８】なおキャリアは上記の磁性粒子を２種以上
混合したものでもよい。例えば平均粒径が６０〜１２０
μｍの大粒径の磁性粒子と、平均粒径が１０〜５０μｍ
の小粒径の磁性粒子とを、あるいは平均粒径が１０〜５
０μｍの小粒径のバインダー型磁性粒子とを混合しても
よい。混合比率は磁性粒子の大きさや磁気特性などを考
慮して定めればよい。

【００２９】次に上記キャリアと混合させるべきトナー
としては、黒色画像用のものは磁性若しくは非磁性の何
れのものでもよいが、黒色以外の色画像用は非磁性と
し、転写性を向上させる点から体積固有抵抗が１０¹⁴Ω
・cm以上の絶縁性のものが好ましく、またキャリアとド
クターブレードとの摩擦により帯電し易いもの（摩擦帯
電量が絶対値で１０μｃ／ｇ以上）が好ましい。

【００３０】トナーの組成は通常使用されるトナーと同
様に、結着樹脂（スチレン−アクリル系共重合体、ポリ
エステル樹脂等）、着色剤（カーボンブラック、カラー
顔料等、但し後述する黒色画像用の磁性粉としてマグネ
タイトを使用する場合には特に添加しなくてもよい）を
必須成分とし、任意成分として磁性粉（マグネタイト、
ソフトフェライト等）、帯電制御剤（ニグロシン、含金
属アゾ染料等）、離型剤（ポリオレフィン等）、流動化
剤（疏水性シリカ）を含有（内添および／または外添）
したものを使用できる。なお磁性トナーとする場合は、
磁性粉が少ないとトナー飛散が多くなり、一方磁性粉が
多いと定着性が低下するので、２０〜７０重量％の範囲
とするのが好ましい。

【００３１】本発明において、黒色画像用以外の色画像
用のトナー濃度は５〜６０重量％とするのが好ましい。
トナー濃度が５重量％未満であると画像濃度が低くな
り、一方６０重量％を超えるとカブリ、チリ、細線ムラ
等が発生し、画質が低下するため好ましくない。一方黒
色画像用のトナーとしては、二成分系のもののみでな
く、一成分系のものも使用できる。

【００３２】なお上記磁化の値の測定は、振動試料型磁
力計（東英工業製ＶＳＭ−３型）を使用し、トナーの平
均粒径（体積）は、粒度分析計（コールターエレクトロ
ニクス社製コールターカウンターモデルＴＡ−II）を使
用して測定した。

【００３３】また体積固有抵抗は、ＤＣ４ＫＶ／cmの電
場で、内径3.０５mmのテフロン（商品名）製シリンダー
中に試料を１０数mg充填し、１００ｇｆの荷重を印加し
て、絶縁抵抗計（横河ヒューレットパッカード製４３２
９Ａ型）により測定した値である。更に摩擦帯電量は市
販のブローオフ摩擦帯電量測定器（東芝ケミカル製ＴＢ
−２００型）により、トナー濃度５％（標準キャリアと
してフェライトキャリア（日立金属製ＫＢＮ−１００）
を使用）にて測定した値である。

【００３４】

【作用】上記の構成により、カラートナーを含む磁性現
像剤を永久磁石部材の外表面に直接吸着して安定した磁
気ブラシを形成し、トナー飛散および混色のない高品質
のカラー画像を形成できるのである。またトナー濃度を
従来より広い範囲に設定できるので、煩雑なトナー濃度
制御手段を使用する必要がなく、小型かつ低コストのカ
ラー画像形成装置の実現が可能となる。

【００３５】

【実施例】図１は本発明の実施例における現像器の例を
示す要部断面説明図であり、同一部分は前記図２と同一
の参照符号で示す。図１において２は現像器であり、前
記図２に示す現像器２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２ＢＫと対応
し、収容するトナーの色が異なるのみで構成は同一であ
る。現像ロール３は例えば等方性フェライト磁石により
円柱状に形成し、外周面に軸方向に延びる複数個の磁極
を円周方向にＮ，Ｓ極が交互に現れるように設け、現像
剤槽９の下方左端部に回転自在に設ける。１０は現像剤
溜り、１１はトナー溜り、１２は攪拌羽根である。

【００３６】１３はドクターブレードであり、現像ロー
ル３の表面とドクターギャップｔを介して現像剤槽９の
側面部に設けられ、現像ロール３の表面に吸着される磁
性現像剤１４の層厚を規制するものである。１５，１６
は各々直流電源および交流電源であり、感光体ドラム１
とドクターブレード１３との間に接続し、感光体ドラム
１と磁性現像剤１４との間に直流バイアスと交流バイア
スとを重畳させた交互電界を印加するものである。ｇは
現像ギャップである。

【００３７】上記構成の現像器２を前記図２に示すよう
に感光体ドラム１に近接させて４個配設して画像形成装
置とする。すなわち図１において現像ロール３を矢印方
向に回転させると、磁性現像剤１４が現像ロール３の表
面に吸着されて搬送され、感光体ドラム１と対向する現
像領域に到達すると、直流バイアスと交流バイアスとを
重畳させた交互電界の作用により、磁性現像剤１４中の
トナーが感光体ドラム１上に形成された静電荷像上に転
移し、顕像化することができる。従って夫々の色画像を
重畳させたカラー画像を形成することができるのであ
る。

【００３８】上記図１に示す現像器２によって画像形成
した結果について記述する。まず非磁性トナーとキャリ
アとを主成分とする磁性現像剤を調製する。使用した黒
色トナーの配合比は重量比で、スチレン−アクリル共重
合体８５、着色剤（カーボンブラック、三菱化成工業製
＃４４）１０、ポリプロピレン（三洋化成製 ＴＰ３
２）３、帯電制御剤（オリエント化学製 ボントロンＳ
３４）２とした。

【００３９】また黒色以外の色トナーの配合比は重量比
で、ポリエステル（日本カーバイド製 ＮＣＰ１１）９
０、着色剤８、ポリプロピレン（三洋化成製 ＴＰ３
２）１、帯電制御剤（オリエント化学製 ボントロンＥ
８８（白色））１とした。なお着色剤としては、シア
ン：Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５−３，マゼンタ：
Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２，イエロー：Ｃ．Ｉ．
ピグメントイエロー１２を使用した。上記夫々のトナー
の平均粒径は７μｍとした。

【００４０】上記非磁性トナーと、平均粒径２５μｍの
偏平鉄粉（シリコーン樹脂被覆）とを混合した磁性現像
剤を調製し、トナー濃度を変化させて画像評価（但し、
モノカラー画像）を行なった結果を表１に示す。

【００４１】この場合、図１に示す感光体ドラム１はＯ
ＰＣにより形成し、表面電位−５００Ｖ、周速２５mm／
秒とした。現像ロール３は外径２０mm、１６極、表面磁
束密度５５０Ｇの円筒状フェライト磁石によって形成
し、回転数１５０r.p.m.、現像ギャップｇ＝0.６mm、ド
クターギャップｔ＝0.３mmとし、直流バイアス電圧−４
５０Ｖ、交流バイアス電圧Ｖp-p ＝８００Ｖ、周波数２
００Ｈｚとした。なお画像はスポンジローラオイル塗布
型のヒートロールにより定着した。なお表１における画
像濃度は、黒色以外のものはフィルタを使用して測定し
たものである。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から明らかなように、トナー濃度が増
加すると画像濃度も次第に増加するが、Ｎo.６のものに
おいてはカブリ濃度が増大すると共に、チリ、細線ムラ
が発生し、画質が低下する。これに対してＮo.１〜５の
ものにおいては、チリ、細線ムラのない高画質の画像が
得られることが確認された。

【００４４】本実施例においては、黒色画像用のものに
ついても非磁性トナーを使用したジャンピング現像につ
いて記述したが、黒色画像形成は一成分系の磁性トナー
を使用しても、また磁性トナーとキャリアとを混合した
ものを使用してもよい。また現像方式として磁気ブラシ
が感光体ドラムの表面を摺擦する接触型のものを使用し
てもよい。

【００４５】

【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏し得る。

【００４６】(1) 現像ロールを永久磁石部材のみによっ
て構成し、その外表面に磁性現像剤を直接吸着して搬送
するものであるから、安定した磁気ブラシが形成され、
トナー飛散および混色のない高品質のカラー画像を形成
することができる。

【００４７】(2) 磁性現像剤の支持手段である永久磁石
部材が硬質であるため、表面の摩耗が少なく、経時変化
が少なく、耐久性を向上させ得る。 (3) 現像ギャップを大にしても安定した高品質の画像を
得ることができる。

【００４８】(4) 磁性現像剤中のトナー濃度を広い範囲
に設定できるため、例えばトナー濃度制御手段を使用す
る必要がなく、装置全体をコンパクト化し得る。 (5) 現像ロールを構成する永久磁石部材を必要以上に高
精度加工する必要がなく、製作コストを低減させ得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における現像器の例を示す要部
横断面図である。

【図２】従来のカラー画像形成装置の例を示す要部構成
説明図である。

【符号の説明】

２，２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２ＢＫ 現像器 ３ 現像ロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静電荷像を担持して移動する像担持手段
   と、この像担持手段に近接して配設され選択的に作動す
   る複数個の現像手段とを備え、現像手段を構成する現像
   剤支持搬送手段の表面に形成された磁気ブラシによって
   前記静電荷像を顕像化するカラー画像形成方法におい
   て、 現像剤支持搬送手段を表面に複数個の磁極を設け円筒状
   かつ回転可能に形成した永久磁石部材によって構成し、
   少なくとも黒色画像以外の色画像形成用の現像剤として
   非磁性カラートナーを含有する磁性現像剤を使用し、像
   担持手段と現像剤支持搬送手段との間隙より小なる層厚
   の磁性現像剤を現像剤支持搬送手段の表面に吸着させて
   搬送し、現像領域において像担持手段と磁性現像剤との
   間に直流バイアスに交流バイアスを重畳させた交互電界
   を印加し、像担持手段上の静電荷像を顕像化することを
   特徴とするカラー画像形成方法。