JPH0764342A - 現像剤用キャリアおよびそれを使用した画像形成方法 - Google Patents

現像剤用キャリアおよびそれを使用した画像形成方法

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JPH0764342A
JPH0764342A JP5209073A JP20907393A JPH0764342A JP H0764342 A JPH0764342 A JP H0764342A JP 5209073 A JP5209073 A JP 5209073A JP 20907393 A JP20907393 A JP 20907393A JP H0764342 A JPH0764342 A JP H0764342A
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益実 朝苗
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努 齋藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 画質の向上ができ，残留トナーの回収を完全
にできる現像剤用キャリアおよびそれを使用した画像形
成方法を提供する。 【構成】 平均粒径１０〜５０μｍの非球形状に形成し
た鉄粉粒子の表面を樹脂材料によって被覆して現像剤用
キャリアを形成する。また画像担体上に静電荷像を形成
し，トナーと上記の現像剤用キャリアとを混合してなる
現像剤によって形成される磁気ブラシにより画像担体の
表面を摺擦し，顕像化したトナー像の記録材上への転写
を行うと共に，前記磁気ブラシによる前記画像担体表面
の摺擦時に，直前の転写終了後の画像担体の表面に残留
したトナーの除去と静電荷像の顕像化とを併せて行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，電子写真プリンタ，フ
ァクシミリ等において使用される静電荷像現像用現像剤
の構成要素である現像剤用キャリア，およびこの現像剤
用キャリアとトナーとを混合してなる現像剤によって形
成される磁気ブラシを近接させた領域において画像担体
表面の残留磁性トナーの回収と静電荷像の顕像化とを併
せて行なう画像形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来電子写真法を応用したプリンタ，フ
ァクシミリ等においては，例えば円筒状に形成した感光
体ドラム上に情報に対応した静電荷像を形成し，感光体
ドラムと対向して設けた永久磁石部材を内蔵する現像ロ
ールにより，磁性現像剤を吸着搬送し，現像領域におい
て磁気ブラシを形成すると共に，この磁気ブラシによっ
て前記感光体ドラム上の静電荷像形成面を摺擦し，トナ
ー像として顕像化する。そしてこの顕像化したトナー像
を記録紙に転写した後，熱定着するのが最も一般的な手
段である。
【０００３】この場合トナー像を記録紙に転写した後に
おいても，画像担体である感光体ドラム上にはトナーが
若干残留しているため，この残留トナーを除去するため
のクリーニング装置を設けているのが通常である。この
ため感光体ドラムの周辺に上記クリーニング装置のため
のスペースを確保しなければならず，画像形成装置全体
のコンパクト化を阻害するという問題点がある。
【０００４】一方装置全体の小型化を図る手段の例とし
て，上記クリーニング装置を省略し，感光体ドラムと現
像ロールとが対向する領域において，感光体ドラム上に
残留するトナーの回収と静電荷像の顕像化とを併せて行
なう，所謂現像清掃器を設けたものがある（例えば特開
平4-86878 号公報参照）。このようにクリーニング装置
を省略した画像形成装置においては，トナーと球形状に
形成した磁性キャリアとを混合してなる磁性現像剤を使
用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うに球形状に形成した磁性キャリアを使用した場合に
は，磁性キャリアの比表面積が小であるため，トナーと
の接触面積が必然的に小となる結果，トナーの摩擦帯電
量が小となり，画像濃度が低く，鮮明な画像を形成する
ことができないという問題点がある。
【０００６】また精細な画像を形成するために，磁性キ
ャリアを小粒径化すると，薄い現像剤層が形成され，解
像度の高い，高品質の画像を得ることができるが，現像
手段による磁性キャリアに対する磁気的保持力が不足す
る結果，キャリア飛散が増加し，現像手段近傍の汚染，
画質の低下等を惹起するという問題点がある。
【０００７】更に上記のようにトナーの回収と静電荷像
の顕像化とを併せて行う現像清掃器を使用して，感光体
ドラム１回転につき１回現像を行なった場合，記録紙に
トナー像を転写した後の残留トナーが感光体ドラムに存
在した際に，現像清掃部で残留トナーが完全に回収され
ず，現像後においても前の静電荷像形成部に付着残留し
ていることがある。
【０００８】上記のような残留トナーの回収不良がある
と，得られた画像の品質を著しく低下させるという問題
点がある。一方このような問題点を解決するために，感
光体ドラム２回転につき１回現像を行なう手段を使用
し，前記残留トナーの完全回収を行なう方式もあるが，
このような方式においては，必然的に画像形成速度が低
下し，情報伝達の迅速化の要請に応えられない場合があ
るという問題点がある。
【０００９】本発明は，上記従来技術に存在する問題点
を解決し，画質の向上が可能であると共に，画像担体表
面の残留トナー回収が完全であり，かつ装置全体の小型
化が可能である静電荷像現像に使用する現像剤用キャリ
アおよびそれを使用した画像形成方法を提供することを
目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，まず第１の発明においては，平均粒径１０〜５０μ
ｍの非球形状に形成した鉄粉粒子の表面を樹脂材料によ
って被覆する，という技術的手段を採用した。
【００１１】本発明において鉄粉粒子の粒径が小である
と，所謂キャリア飛散が発生して画像担体の表面に付着
して画質を低下させることとなり，一方粒径が大である
と画像が荒れ易くなる。従って鉄粉粒子の平均粒径は１
０〜５０μｍの範囲とするのがよい。
【００１２】上記のような鉄粉粒子は，粉砕鉄粉，還元
鉄粉の何れでもよく，形状としては，多面体形，多面形
状，鱗状，偏平状，不定形状等の非球形状に形成し，比
表面積を大にすることが好ましい。
【００１３】また本発明の現像剤用キャリアは，上記の
鉄粉粒子の表面を樹脂材料によって被覆して形成するの
であるが，このような樹脂材料としては，Ｐ−クロルス
チレン，メチルスチレン等のスチレン類：塩化ビニル，
臭化ビニル，フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類：酢
酸ビニル，プロピオン酸ビニル，ベンゾエ酸ビニル，酢
酸ビニル等のビニルエステル類：アクリル酸メチル，ア
クリル酸エチル，アクリル酸ルーブチル，アクリル酸イ
ソブチル，アクリル酸ドデシル，アクリル酸ｎ−オクチ
ル，アクリル酸３−クロルエチル，アクリル酸フェニ
ル，α−クロルアクリル酸メチル，メタアクリル酸ブチ
ル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル
類：アクリルニトリル，メタアクリロニトリル，アクリ
ルアミド，ビニルメチルエーテル，ビニルイソブチルエ
ーテル，ビニルエチルエーテル等のビニルエーテル類：
ビニルエチルケトン，ビニルヘキシルケトン，メチルイ
ソプロペニルケトン等のビニルケトン類などの単量体を
重合させたホモポリマー又はコポリマー，あるいはこの
他の樹脂としてエポキシ樹脂，シリコーン樹脂，ロジン
変性フェノールホルマリン樹脂，セルローズ樹脂，ポリ
エーテル樹脂，ポリビニルブチラール樹脂，ポリエステ
ル樹脂，スチレン−ブタジエン樹脂，ポリウレタン樹
脂，ポリカーボネート樹脂，４フッ化エチレン等のフッ
素樹脂などを単独でもしくはブレンドして使用すること
ができる。
【００１４】このうち，スチレン−アクリル系樹脂，シ
リコーン樹脂，エポキシ樹脂，スチレン−ブタジエン樹
脂，セルローズ樹脂等が特に有用である。本発明の現像
剤用キャリアは，例えば次のようにして作製することが
できる。まず樹脂を適当に溶解するが溶剤として，例え
ばベンゼン，トルエン，キシレン，メチルエチルケト
ン，テトラヒドロフラン，クロロホルム，ヘキサン等を
使用することができる。また樹脂をエマルジエンとして
使用することもできる。樹脂溶液又はエマルジョンは鉄
粉粒子の表面を均一に被覆するようにスプレーする。均
一な表面被覆を得るために，鉄粉粒子を流動状態に維持
するのが好ましい。この目的にはスプレードライヤー又
は流動床等を使用することが望ましい。樹脂溶液のスプ
レーは約２００℃以下，好ましくは約１００〜１５０℃
の雰囲気で行い，溶剤を迅速に除去する。この工程で樹
脂被覆の乾燥まで行う。また樹脂エマルジョンの場合，
スプレーは，常温〜１００℃で行い，樹脂を鉄粉粒子表
面に融着させる。
【００１５】次に前記の目的を達成するために，第２の
発明においては，画像担体上に静電荷像を形成し，トナ
ーと請求項１記載の現像剤用キャリアとを混合してなる
現像剤によって形成される磁気ブラシにより画像担体の
表面を摺擦し，顕像化したトナー像の記録材上への転写
を行うと共に，前記磁気ブラシによる前記画像担体表面
の摺擦時に，直前の転写終了後の画像担体の表面に残留
したトナーの除去と静電荷像の顕像化とを併せて行う，
という技術的手段を採用した。
【００１６】本発明において，転写後の画像担体表面を
静電荷像形成前に照射する全面露光手段を設け，または
画像担体の磁気ブラシ摺擦部位より画像担体移動方向上
流側に，導電性材料からなる除電手段を画像担体表面に
接触させて設けることができる。
【００１７】上記の画像形成方法における現像剤の搬送
方式は特に限定されないが，現像剤を構成する磁性キャ
リアの磁気的凝集を防止するために，少なくともスリー
ブを回転させる方式が望ましい。従ってスリーブのみを
回転させる方式の他に，スリーブと永久磁石部材とを同
方向に回転させる方式（例えば特公昭５７−１２１４８
号公報参照）若しくは逆方向に回転させる方式でもよ
い。
【００１８】現像ギャップ（現像位置における画像担体
とスリーブとのギャップ）は，磁気ブラシと画像担体と
の接触幅を確保すると共に，残留トナーの回収作用を確
実にするために，1.０mm以下とする必要があり，磁気ブ
ラシが画像担体に軟かく接触するために，0.２mm以上と
することが望ましい。好ましい範囲は0.３〜0.６mmであ
る。またドクターギャップは，上記現像ギャップに応じ
て設定すればよい。
【００１９】
【作用】上記の構成により，現像清掃領域における磁気
ブラシの残留トナーに対する剥離回収作用を向上させる
ことができ，静電荷像形成前における画像担体の表面の
清掃工程を省略した画像形成手段においても，静電化荷
像形成部の残留トナーを完全に回収することができ，鮮
明かつ高品質の画像を得ることができる。なお本発明の
静電荷像現像用現像剤は，静電荷像形成前において画像
担体の表面の清掃を行なう画像形成方法に対しても，当
然に使用可能である。
【００２０】
【実施例】まず軟鋼屑を一次粉砕した後，油焼，選鉱等
の工程を経た後，窒化処理して脆い一次粒子を形成す
る。この一次粒子を粉砕処理した後，分級して平均粒径
が夫々１０μｍ，３０μｍ，５０μｍ，７０μｍの鉄粉
粒子を得た。これらの鉄粉粒子は多面形状，偏平状を呈
する非球形状であり，体積固有抵抗は４×１０4 Ω・cm
であった。次にこの鉄粉粒子に流動床中においてスチレ
ン−アクリル系エマルジョンで被覆し，体積固有抵抗６
×１０8 Ω・cmの現像剤用キャリアを得た。
【００２１】一方比較例として球形状の鉄粉粒子からな
る現像剤用キャリアを次の要領で作製した。すなわち上
記一次粒子の粉砕処理後，脱窒処理し，表面を酸化，還
元処理して分級後，平均粒径３０μｍの球形状の現像剤
用キャリア（樹脂被覆なし）を得た。この現像剤用キャ
リアの体積固有抵抗は８×１０7 Ω・cmであった。
【００２２】次に下記の原材料配合により，荷電型磁性
トナーを作製した。 スチレン−ｎブチルメタクリレート ５０重量部 （Ｍｗ＝２１×１０4 ，Ｍｎ＝1.６×１０4 ） マグネタイト（戸田工業製 ＥＰＴ５００） ４５重量部 ポリプロピレン（三洋化成製 ビスコール５５０Ｐ） ３重量部 荷電制御剤（オリエント化学製 ボントロンＥ−８１） ２重量部 上記配合の原料を，加熱ローラを有するニーダで３０分
間混練を行ない，冷却，固化後，粉砕，分級を行なっ
て，平均粒径９μｍの磁性トナーとした。この磁性トナ
ーの体積固有抵抗は３×１０14Ω・cmであった。
【００２３】なお上記体積固有抵抗は，測定すべきサン
プルを数十mg採取し，ダイヤルゲージを改良した3.05mm
φ（断面積0.073cm2）のテフロン（商品名）製絶縁シリ
ンダ中に充填し， 0.1kgf の圧力を印加した状態で,D.
C.4000V/cm の電場で荷電型磁性トナーに対するもの
を，またD.C.200V/cm の電場で現像剤用キャリアに対す
るものを測定して算出した。測定には横河ヒューレッド
パッカード製絶縁抵抗計（４３２９Ａ型）を使用した。
【００２４】上記現像剤用キャリアと磁性トナーとを混
合してトナー濃度３０重量％の現像剤を作製し，次に記
述する画像形成手段により画像評価した。次に図１は本
発明の実施例における画像形成手段の例を示す要部構成
説明図である。図１において，１は画像形成ユニットで
あり，後述する構成部材を収容すると共に，コントロー
ルユニット２上に一体に設けられている。３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，画
像形成ユニット１内に矢印方向に回転可能に設けられ
る。４は帯電器，５は後述するように形成した現像清掃
器，６は転写器であり，夫々感光体ドラム３の外周近傍
に設けられる。８はマグネットロールであり，現像清掃
器５に回転可能に設けられると共に感光体ドラム３に臨
むように形成されている。
【００２５】次に９は定着器であり，画像形成ユニット
１の記録紙経路１０の下流側に設けられ，加熱ロール１
９および加圧ロール２０を圧接回転可能に形成して構成
される。なお加熱ロール１９および加圧ロール２０は各
々外径を２０mmに形成し，線圧0.５kg/cm で圧接させて
構成する。加熱ロール１９は例えばアルミニウムからな
る芯材の外周に電気抵抗材料からなる発熱体を設けると
共に，その外周に例えばＰＴＦＥからなる離型性層を１
０μｍ程度被着させて構成する。一方加圧ロール２０は
前記加熱ロール１９と同様な材料からなる芯材の外周
に，例えばシリコンゴムからなる外層を被着させて構成
する。
【００２６】上記の構成により，コントロールユニット
２を介して画像形成ユニット１内の夫々の構成部材を駆
動状態若しくは作動状態とし，レーザスキャナ１６に情
報若しくは画像に対応する電気信号を入力させる。次に
感光体ドラム３は帯電器４により表面を一様に帯電さ
れ，この帯電された表面に前記電気信号によるレーザビ
ームが照射されて静電荷像が形成される。そしてこの静
電荷像は，現像清掃器５においてマグネットロール８に
よって吸着搬送される磁性現像剤により，トナー像とし
て顕像化され，転写器６により記録紙経路１０を移動す
る記録紙（図示せず）上に転写される。なお転写後に感
光体ドラム３上に残留する磁性トナーは，上記現像清掃
器５における静電荷像の顕像化（現像）時において，感
光体ドラム３上から同時に除去される。
【００２７】次にトナー像を担持する記録紙は定着器９
に給送され，加熱ロール１９の熱が記録紙上のトナー像
に伝播され，磁性トナーを構成する結着樹脂が溶融し，
定着が行なわれるのである。
【００２８】図２は図１におけるマグネットロール８を
示す要部拡大横断面図である。図２において，マグネッ
トロール８は例えばハードフェライトのような焼結粉末
磁石材料により円柱状に一体成形し，若しくは強磁性磁
石材料粉末とバインダーとの混合物により円柱状に一体
成形してなる永久磁石部材２１と，例えばアルミニウム
合金若しくはステンレス鋼等の非磁性材料によって中空
円筒状に形成したスリーブ２２とを同軸的に設けて形成
する。
【００２９】永久磁石部材２１の外周面には軸方向に延
びる複数個の磁極を設け，特定の磁極（例えばＮ極）を
感光体ドラム３と対向させて固定する。なおスリーブ２
２は永久磁石部材２１の回りを反時計方向に回転するこ
とにより，磁性現像剤（図示せず）を吸着して，感光体
ドラム３に搬送するように形成する。
【００３０】上記の構成により，マグネットロール８と
感光体ドラム３とが対向する領域においては，磁極Ｎに
より磁性現像剤による磁気ブラシ２３が形成され，感光
体ドラム３の表面を摺擦する。従って前記図１に示す転
写器６を通過後においても感光体ドラム３上に残留する
磁性トナーは，磁気ブラシ２３によって除去回収される
と共に，感光体ドラム３上に形成された静電荷像が現像
される。すなわち磁性現像剤中の磁性トナーが前記静電
荷像に付着して顕像化したトナー像となるのである。
【００３１】次に前記鉄粉キャリアと荷電型磁性トナー
とを混合してなる現像剤を使用し，図１に示す画像形成
ユニット１により，画像形成を行なった結果について記
述する。まず感光体ドラム３を帯電器４によって−５５
０Ｖに一様帯電させ，表面速度６０mm／秒で矢印方向に
回転させる。
【００３２】現像清掃器５を構成するマグネットロール
８は，ＳＵＳ３０４からなるスリーブの外径を２０mmと
し，矢印方向に１５０r.p.m.で回転させる。なお図２に
示す永久磁石部材２１は７極着磁とし，スリーブ２２上
の表面磁束密度を７００Ｇとした。なおスリーブ２２に
は−４００Ｖのバイアス電圧を印加し，ドクターギャッ
プおよび現像ギャップを各々0.３５mmおよび0.３mmとし
た。また転写後の熱ロール定着は，温度１８０℃，線圧
１kgf/cmで行なった。
【００３３】表１は前記のようにして作製した現像剤を
使用して画像形成した結果を示す表である。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１から明らかなように，比較例のものは
球形状であり，かつ樹脂被覆のないキャリアを使用した
ものであるため，トナーの摩擦帯電量が小であり，画像
濃度が不充分であると共に，キャリア付着が発生してい
る。これに対して実施例のものにおいては，非球形状に
形成した鉄粉粒子に樹脂被覆を施したことにより，トナ
ーの摩擦帯電量を向上させ得ることができ，画像濃度お
よび解像度が高く，かつキャリア付着のない画像が得ら
れる。但し，キャリアの平均粒径が７０μｍのものは，
画像濃度および解像度が不充分である。
【００３６】図３は本発明の他の実施例における画像形
成手段を示す要部構成説明図であり，（ａ）は全面露光
手段を設けたもの，（ｂ）は除電ロールを設けたもの，
（ｃ）は除電ブラシを設けたものを夫々示す。まず図３
（ａ）に示すものは，除電ランプ２５を転写後の感光体
ドラム３の表面を照射するように設けたものである。こ
のように構成することにより，転写後に感光体ドラム３
の表面に残留する磁性トナーの帯電電位を消滅若しくは
低下させ，現像清掃器５における現像清掃作用を向上さ
せることができる。
【００３７】図３（ｂ），（ｃ）に示すものは，導電性
弾性材料からなる除電ロール２６，除電ブラシ２７を感
光体ドラム３の表面に接触させて設けると共に，０〜４
００Ｖの電圧を印加する。このように構成することによ
り，感光体表面に残留する磁性トナーの帯電電位を消滅
させると共に，除電ロール２６，除電ブラシ２７の摺擦
作用によって残留する磁性トナーを機械的に移動させ，
現像清掃器５における現像清掃作用を向上させ得るので
ある。
【００３８】上記の実施例においては，現像剤用キャリ
アと磁性トナーとを混合し，トナー濃度３０重量％とし
たものについて記述したが，この場合トナー濃度は１０
〜９０重量％，好ましくは１０〜４０重量％の範囲とす
るのがよい。また非磁性トナーと混合した現像剤として
もよく，この場合トナー濃度は２〜９重量％とするのが
好ましい。
【００３９】
【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，小粒径かつ非球形状のキャリアを使用す
ることにより，画質を向上させ得ると共に，キャリア飛
散を防止することができる。また現像清掃領域における
磁気ブラシの残留トナーに対する剥離回収作用を向上さ
せることができ，画像担体の表面の清掃手段若しくは清
掃工程を省略した画像形成の場合においても，残留トナ
ーを完全に回収することができる。従って鮮明かつ高品
質の画像を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における画像形成手段の例を示
す要部構成説明図である。
【図２】図１におけるマグネットロール８を示す要部拡
大横断面図である。
【図３】本発明の他の実施例における画像形成手段を示
す要部構成説明図であり，（ａ）は全面露光手段を設け
たもの，（ｂ）は除電ロールを設けたもの，（ｃ）は除
電ブラシを設けたものを夫々示す。
【符号の説明】 ３ 感光体ドラム ５ 現像清掃器 ８ マグネットロール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 9122−2Ｈ Ｇ０３Ｇ 21/00 ３４０

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平均粒径１０〜５０μｍの非球形状に形
    成した鉄粉粒子の表面を樹脂材料によって被覆したこと
    を特徴とする現像剤用キャリア。
  2. 【請求項２】 画像担体上に静電荷像を形成し，トナー
    と請求項１記載の現像剤用キャリアとを混合してなる現
    像剤によって形成される磁気ブラシにより画像担体の表
    面を摺擦し，顕像化したトナー像の記録材上への転写を
    行なうと共に，前記磁気ブラシによる前記画像担体表面
    の摺擦時に，直前の転写終了後の画像担体の表面に残留
    したトナーの除去と静電荷像の顕像化とを併せて行なう
    ことを特徴とする画像形成方法。
  3. 【請求項３】 転写後の画像担体表面を静電荷像形成前
    に照射する全面露光手段を設けたことを特徴とする請求
    項２記載の画像形成方法。
  4. 【請求項４】 画像担体の磁気ブラシ摺擦部位より画像
    担体移動方向上流側に，導電性材料からなる除電手段を
    画像担体表面に接触させて設けたことを特徴とする請求
    項２記載の画像形成方法。
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