JPH0778652B2 - 二成分系現像剤を用いる現像法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、二成分系現像剤を用いる現像法に関するもの
で、より詳細には、文字の再現性に優れ、特に多重細線
の再現に際して、各線毎の線幅が一定で所謂先端欠けや
後端欠けが防止された現像方法に関する。

（従来の技術） 磁性キャリヤとトナーとを含有する二成分系現像剤は商
業的な電子写真複写機に広く使用されており、電荷像の
現像に際しては、この現像剤の磁気ブラシを内部に磁極
を備えた現像スリーブ上に形成し、この磁気ブラシを電
荷像を有する感光体と摺擦させてトナー像を形成してい
る。

この現像条件の設定等については、既に多くの提案がな
されており、例えば、特開昭59-172660号公報には、フ
ェライトキャリヤと顕電性トナーとから成る二成分系現
像剤を使用し、トナー濃度、感光体ドラム／現像スリー
ブ周速比及び現像スリーブ内の主極角度を一定の範囲に
設定することにより、高濃度で階調性に優れた画像を得
ることが記載されている。また、特開昭61-118767号公
報には、二成分現像剤を用いる現像に際して、表面電
位、Ｄ−Ｓ（感光体ドラム−現像スリーブ間）距離及び
磁性キャリヤ抵抗値を一定の範囲に選定することによ
り、画像ムラのない高画質画像を得ることが示されてい
る。

最近に至って、特開昭63-208867号公報には、磁性キャ
リヤとトナーとから成る二成分系現像剤を用いる現像方
法において、式 PD＝M/（ρ×D_S）×100 式中、Ｍはスリーブ上の穂高規制部通過後の現像剤量
（g/cm²）、ρは現像剤の真比重（g/cm³），D_Sは現像ス
リーブと静電潜像記録体との間隔（cm）、 で定義される現像部の現像剤充填率（PD）を20〜50％に
設定することにより、画像濃度のバラツキを防止するこ
とが記載されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前二者の提案はいずれも現像剤の特性と
現像条件とを個別に規定するものであって、実際の現像
操作を包括的に捕らえたものではないこと、及び現像剤
やキャリヤの特性を静的な条件で規制したものであっ
て、実機の動的状態で規定したものではないことにおい
て、複写機における実際の現像法と必ずしもよい対応が
あるというものではなかった。

また、後者の提案は、現像部における現像剤の充填率に
着目したものとして意義深いものと認められるが、実際
の現像条件、すなわち動的条件における現像剤磁気ブラ
シと感光体表面との接触状態までをも規定するものでな
く、やはり複写機における実際の現像法とよい対応があ
るというものではなかった。

本発明者等は、二成分系現像剤を用いる現像法における
種々の現像条件、現像剤の種類及び感光体の種類の如何
にかかわらず、現像域における現像剤の置換度が細線の
再現性に重大な影響を与えることを見出した。

すなわち、本発明の目的は、多重細線の再現に際して、
各線毎の線幅が一定で先端欠けや後端欠けが防止され、
しかも高濃度及び高品質の画像を形成させ得る現像方法
を提供するにある。

本発明の他の目的は、漢字の再現性や、コピーからコピ
ーへの複写を反復した場合の再現性に優れた現像方法を
提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、磁性キャリヤとトナーとから成る二成
分系現像剤をスリーブにより搬送し、感光体ドラム上の
静電潜像を現像することから成る現像方法において、式 式中、ｘは二成分系現像剤の搬送量（g/sec）を表わ
し、Ｔは現像時間（sec）を表わし、Ｖは現像域体積（m
m³）を表わし、ρ_Ｔはトナーの密度（g/mm³）を表わ
し、ρ_Ｃはキャリヤの密度（g/mm³）を表わし、Ａは現
像剤中のトナー重量分率を表わす、 で定義される現像剤置換度（Ｒ）が16.00乃至33.00％と
なるように現像条件を設定することを特徴とする現像方
法が提供される。

（作用） 本発明は、前記式（１）で定義される現像剤置換度
（Ｒ）を16.00乃至33.00％、特に18.75乃至34.10％の範
囲に維持すると、高濃度でありながら、漢字の再現性に
優れた高画質の複写像を形成し得るという知見に基づく
ものである。漢字は細線が密集しているのが特徴である
が、本発明によれば、密集細線の現像に際して、各線毎
の線幅を一定にして、先端欠けや後端欠けを防止し、高
画質の複写像を形成し得るようになる。

密集細線の現像に際して生じる先端欠けや後端欠けを説
明するための第１図において、このグラフは横軸に送り
方向の距離を、縦軸に密集細線複写画像のマイクロデン
シトメータによる反射画像濃度をとり、両者の関係をプ
ロットしたものである。第１図における曲線（ｉ）は、
各線毎の線幅が一定で、先端欠けや後端欠けが認められ
ないものであり、曲線（ii）は、先端欠けが著しいも
の、曲線（iii）は後端欠けが著しいものを示す。各線
幅の再現に関して、送り方向における偏り（δ）は、送
り方向における各山の画像濃度を順にA,B,Cとしたと
き、式 で与えられる。δの値が100或いはその近辺である場合
には、各線幅が一定で、偏りがないこと、100よりも大
きい場合には先端欠けがあること、及び100よりも小さ
い場合は後端欠けがあることをそれぞれ示している。

第２図は、式（１）の現像剤置換度Ｒの値を変化させた
場合におけるＲの値と線幅の偏り（δ）との関係をプロ
ットしたものであり、また第３図は、やはりＲの値を変
化した場合におけるＲの値と画像濃度（I.D.）との関係
をプロットしたものである。これらの第２図及び第３図
の結果から、Ｒの値が本発明の範囲内となるように現像
条件を設定することにより、画像濃度を1.3以上と高く
しながら、線幅の偏りを100％近傍に維持し得ることが
理解される。すなわち、一般的傾向としてＲが上記範囲
よりも大きくなると、線画の再現性が悪くなり、線幅の
太り、特に先端太りを生じやすくなり、画像濃度もやや
低下する傾向が認められ、一方Ｒが上記範囲よりも小さ
くなると、線画にカスレが生じたり、先端欠けを生じや
すく、また画像濃度も低くなる傾向が認められるのに対
して、Ｒが上記範囲内にある場合には、画像濃度と多重
細線画質とに関して最適の組合せが得られるのである。

本明細書において、現像剤置換度（Ｒ）は無次元の数で
あって、次の意味を有する。すなわち、現像時間Ｔは、
現像域体積Ｖ内を静電潜像が通過する時間であり、従っ
て式 xT …（３） の値はこの現像時間Ｔ内に現像域体積中に送られる二成
分系現像剤の搬送重量を表わす。今便宜上、Ｍをキャリ
ヤ１個とキャリヤ１個当りのまわりのトナーとの総重量
（ｇ）とし、ｖをキャリヤ１個とキャリヤ１個当りのト
ナーとの総体積（mm³）とすると、式 の値は、上記キャリヤ・トナー集合体についての比容を
表わす。かくして、両者の積である の値は、現像時間Ｔ内に現像域体積中に送られるキャリ
ヤ・トナー集合体の体積を示すことになり、これを現像
域体積Ｖで除した値 は、現像時間Ｔ内に、現像域体積が新たなキャリヤ・ト
ナー集合体（現像剤）で置換される割合を示すものとな
る。

ところで、キャリヤ１個とキャリヤ１個当りの（キャリ
ヤ１個のまわりの）トナーとの総重量Ｍ及び総容量ｖは
現像剤中のトナー重量分率をＡとしたとき、キャリヤ１
個の重量をW_C及び容量をV_Cとし、トナー１個の重量をW_T
及び容量をV_Tとしたとき、下記式 及び で表わされ、これら両式における項 はキャリヤ１個当りのキャリヤのまわりのトナーの個数
を示す。ここでキャリヤ比重をρ_Ｃ、トナー比重をρ_Ｔ
とすると、 である。

上記（６）、（７）、（９）及び（10）式からv/Mの値
を計算すると、式 となり、これを式（１−Ａ）に導入することにより式
（１）が得られる。

図面第４図は、第（11）式におけるv/Mの値とトナー重
量分率Ａとの関係をプロットしたものであり、Ａは０か
ら１迄の値をとり得るが、Ａがゼロのときはv/Mは1/ρ
_Ｃの値、Ａが１のときはv/Mは1/ρ_Ｔの値（Ａがこれら
の中間の値のときは1/ρ_Ｃから1/ρ_Ｔまでの値）となっ
て、実際とよく符合することが確かめられる。

本発明において、現像剤置換度（Ｒ）と現像条件の諸因
子との関係は前記式（１）より明らかである。すなわ
ち、二成分系現像剤の搬送量ｘ及び現像時間Ｔ、更に式
（１）のカッコ内の値すなわちv/Mが大きくなればなる
ほど現像剤置換度（Ｒ）は大きくなり、逆にｘ及びＴ、
更にはv/Mの値が小さくなればＲも小さくなる。一方、
現像域体積Ｖが大きくなると現像剤置換度（Ｒ）が小さ
くなり、逆にすると逆になる。かくして本発明によれ
ば、現像剤置換度（Ｒ）が前述した範囲の値となるよう
に、前記諸現像条件を設定することができる。

一層具体的には、二成分現像剤の搬送量ｘは、現像スリ
ーブの周速と磁気ブラシの穂切長により調節でき、一般
には40.00乃至250.0g/sec,特に85乃至220g/secの範囲か
らＲが前述した範囲となるように選択する。現像時間Ｔ
は、感光体ドラムの周速と、現像域の幅とにより調節で
き、一般には0.025乃至0.28sec,特に0.05乃至0.20secの
範囲から、Ｒが前述した範囲となるように選択する。現
像域体積ｖは前述した現像域の幅とスリーブ・ドラム間
距離とに調節でき、一般に1.15×10²乃至28.00×10²m
m³、特に2.00×10²乃至15.00×10²mm³の範囲からＲが前
記範囲内となるように選択する。

ρ_Ｔ及びρ_Ｃを一定とした場合、現像剤中のトナー重量
分率Ａを大とすれば、現像剤置換度（Ｒ）は大となる。
式中のカッコ内の値、すなわちv/Mは一般に1.5×10²乃
至3.75×10²mm³/g,特に2.1×10²乃至3.30×10²mm³/gの
値をとることが好ましい。

（発明の好適態様） 本発明に用いる磁気ブラシ現像方法を説明するための第
５図において、多数の極磁10、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成る現像
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、すなわちd_D-S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とから成る感光ドラム15が
設けられている。現像スリーブ12及び感光ドラム15は機
枠（図示せず）に回転可能に支持されており、ニップ位
置における移動方向（矢印）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
現像機16の開口部に位置しており、この現像器16の内部
には二成分系現像剤（すなわち、トナーと磁性キャリヤ
との混合物）18の混合攪拌器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。二成分系現像剤18は攪拌器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。この磁気ブラ
シ21は穂切機構22により穂立長を調節され、電子写真感
光層14とのニップ位置まで搬送され、感光層14上に静電
潜像をトナー19で可視像を形成する。

本発明によれば、現像剤、現像剤搬送量、現像時間及び
現像域体積を組合せたとき、前記式（１）を満足するよ
うに設定する。この設定は以下の記述に拘束されないが
例えば次の通りである。

現像剤 現像剤の比容（v/M）は前述した範囲、すなわち、1.5×
10²乃至3.75×10²mm³/g,特に2.1×10²乃至3.30×10²mm³
/gの範囲とするのがよい。

磁性キャリヤとしては、トナー濃度Ａにも依存するが、
一般に密度ρ_Ｃが3.50乃至6.50g/mm³、特に4.00乃至5.5
0g/mm³のものが好ましく、特にフェライト系の磁性キャ
リヤが使用される。

フェライトとして従来、例えば酸化鉄亜鉛（ZnFe
₂O₄）、酸化鉄イットリウム（Y₃Fe₅O₁₂）、酸化鉄カド
ミウム（CdFe₂O₄）、酸化鉄ガドリニウム（Gd₃Fe
₅O₁₂）、酸化鉄銅（CuFe₂O₄）、酸化鉄鉛（PbFe
₁₂O₁₉）、酸化鉄ニッケル（NiFe₂O₄）、酸化鉄ネオジウ
ム（NdFeO₃）、酸化鉄バリウム（BaFe₁₂O₁₉）、酸化鉄
マグネシウム（MgFe₂O₄）、酸化鉄マンガン（MnFe
₂O₄）、酸化鉄ランタン（LaFeO₃）等の１種或いは２種
以上から成る組成の燒結フェライト粒子が使用されてお
り、特にCu,Zn,Mg,Mn及びNiから成る群より選ばれた金
属成分の少なくとも１種、好適には２種以上含有するソ
フトフェライト、例えば、銅−亜鉛−マグネシウムフェ
ライトが使用されているが、これらのフェライトの内、
前記条件を満足するものを用いる。

キャリヤの飽和磁化は40乃至65emu/g,特に45乃至56emu/
gの範囲にあるのが望ましい。磁性キャリヤは、上記条
件を満足するフェライトキャリヤ、特に球状のフェライ
トキャリヤが好適なものであり、その粒径は20乃至140
μm,特に50乃至100μｍの範囲にあることが望ましい。

フェライトキャリヤの電気抵抗は、その化学的組成によ
って変動するのは勿論であるが、その粒子構造や製造方
法或いはコーティングの種類や厚みによっても変動す
る。一般に、その体積固有抵抗は、１×10¹⁰乃至５×10
¹¹Ω・cm、特に４×10¹⁰乃至１×10¹¹Ω・cmの範囲にあ
るのがよい。

トナーとしては、磁性キャリヤの密度やトナー濃度にも
依存するが、一般に密度ρ_Ｔが1.00乃至1.40g/mm³、特
に1.10乃至1.20g/mm³のものが使用される。

本発明に用いるトナーは、定着用樹脂媒質中に着色剤及
び電荷制御剤或いは更にそれ自体周知のトナー用配合剤
を配合したものである。本発明に用いるトナーはまた、
後に詳述する方法で測定して１×10⁸乃至３×10⁹Ω・c
m、特に２×10⁸乃至８×10⁹Ω・cmの体積固有抵抗を有
するのが好ましく、またその誘電率は2.5乃至4.5、特に
3.0乃至4.0の範囲にあるのが望ましい。

トナー用の定着用樹脂媒質、着色剤、電荷制御剤及びそ
の他のトナー用配合剤は上記特性が得られるように選択
し組合せるのがよい。先ず定着用樹脂媒体としては、ス
チレン系樹脂、アクリル系樹脂或いはスチレン−アクリ
ル系共重合体樹脂が一般に使用される。

これらの樹脂に用いる、スチレン系単量体としては、下
記式 式中、R₁は水素原子、低級（炭素数４以下の）アルキル
基、或いはハロゲン原子であり、R₂は低級アルキル基、
ハロゲン原子等の置換基であり、ｎはゼロを含む２以下
の整数である、 で表わされる単量体、例えば、スチレン、ビニルトルエ
ン、αメチルスチレン、α−クロルスチレン、ビニルキ
シレン等やビニルナフタレン等を挙げることができる。
この中でも、スチレンが好適である。

一方、アクリル系単量体としては、 式中、R₃は水素原子または低級アルキル基であり、R₄は
水素原子または炭素数18までのアルキル基である、 で表わされる単量体、例えば、エチルアクリレート、メ
チルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタ
クリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、２−エ
チルヘキシルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル
酸等である。アクリル系単量体としては、上述したもの
の他に他のエチレン系不飽和カルボン酸乃至その無水
物、例えば、無水マレイン酸、フマル酸、マレイン酸、
クロトン酸、イタコン酸等を用いることもできる。

スチレン−アクリル系共重合体樹脂は、樹脂媒質として
好適なものの一つであり、スチレン系単量体（Ａ）とア
クリル系単量体（Ｂ）とは、A:B＝50:50乃至90:10、特
に60:40乃至85:15の範囲とするのがよい。また、用いる
樹脂は、一般に０乃至25の酸価を有するのが好ましい。
また、定着性の見地から50乃至65℃のガラス転移温度
（Tg）を有するのがよい。

樹脂中に含有させる着色剤としては、次に示す無機また
は有機の顔料や染料等が単独または２種以上の組合せで
使用される。ファーネスブラック、チャンネルブラック
等のカーボンブラック；四三酸化鉄等の鉄黒；ルチル型
またはアナターゼ型等の二酸化チタン；フタロシアニン
ブルー；フタロシアニングリーン；カドミウムイエロ
ー；モリブレンオレンジ；ピラゾロンレッド；ファスト
バイオレットＢ等。

電荷制御剤としては、それ自体公知の任意の電荷制御
剤、例えば、ニグロシンベース（CI 50415）、オイルブ
ラック（CI 26150）、スピロンブラック等の油溶性染料
や、1:1型或いは2:1型金属錯塩染料、ナフテン酸金属
塩、脂肪酸や石鹸、樹脂酸石鹸等が使用される。

トナー粒子の粒径は、コールターカウンターで測定した
粒径は体積基準メジアン系で８乃至14μm,特に10乃至12
μｍの範囲にあるのがよく、また粒子形状は溶融混練・
粉砕法で製造された不定形のものでも、また分散乃至懸
濁重合法で製造された球状のものでもよい。

現像剤中のトナー重量分率Ａは一般に0.03乃至0.06、特
に0.035乃至0.055の範囲内とするのがよい。

また、現像剤全体としてはの電気抵抗は、５×10⁹乃至
５×10¹⁰Ω・cm、特に１×10¹⁰乃至４×10¹⁰Ω・cmの範
囲にあることが本発明の目的に好ましい。

他の現像条件 現像剤の搬送量ｘは、前述した40.00乃至250.00g/sec、
特に85乃至220g/secの範囲内とするのがよく、このため
に、現像スリーブの磁極としては、一般に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800cm/sec、特に90乃
至450cm/secとし、穂切長は磁束密度にも依存するが、
0.6乃至1.6mm、特に0.8乃至1.4mmの範囲が適当である。

現像時間Ｔは前述した0.025乃至0.28sec,特に0.05乃至
0.20secの範囲が適当であり、これは感光体ドラムの周
速を変化させ、或いは現像剤とのニップ幅を変化させる
ことにより調節される。感光体ドラムの周速は60乃至20
0cm/sec,特に90乃至150cm/secの範囲から、一方、ニッ
プ幅は５乃至17cm、特に８乃至12cmの範囲から選ぶよう
にする。

現像域体積Ｖは、前述した1.15×10²乃至28.00×10²m
m³、特に2.00×10²乃至15.00×10²mm³の範囲内にあるの
がよく、これはニップ幅やドラム−スリーブ間距離（Ｄ
−Ｓ）によって調節される。Ｄ−Ｓは0.6乃至1.6mm、特
に0.8乃至1.4mmの範囲から選択するのがよい。

感光体としては、従来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、非晶質シリコン感光体、酸
化亜鉛感光体、セレン化カドミウム感光体、硫化カドミ
ウム感光体、各種有機感光体等がすべて使用される。

他の現像条件として、現像スリーブと感光体導電性基体
との間に印加するバイアス電圧は、平均電界強度が100
乃至1000V/mm、特に125乃至500v/mmの範囲となるような
ものが好ましい。

（発明の効果） 本発明によれば、二成分系現像剤の搬送量、現像時間、
現像域体積、トナー密度、キャリヤ密度、現像剤中のト
ナー重量分率の関連で規定される現像剤置換度を16.00
乃至33.00％の一定の範囲となるように現像条件を設定
することにより、文字、特に漢字や細線集合体の再現性
に優れ、しかも高濃度、高画質の複写画像を形成するこ
とができる。

（実施例） 以下、実施例を用いて、本発明の効果を一層明確にす
る。

第５図に示した現像装置を用いて、以下の条件にて現像
剤置換度と画像との関係を調べた。

現像条件； 感光体（Ｄ） φ78mmのSeの感光体 スリーブ（Ｓ） φ38mm DS間距離 1.0mm 穂切りクリアランス 1.0mm トナー密度（ρ_Ｔ） 1.15（g/cm³） キャリヤ密度（ρ_Ｃ） 5.00（g/cm³） トナー重量分率（Ａ） 0.045 とし、現像領域における感光体（Ｄ）とスリーブ（Ｓ）
との回転方向が同じである順方向現像において、この感
光体（Ｄ）とスリーブ（Ｓ）との回転速度を変化させ複
数の実験を行った。

かかる実験より、現像剤搬送量（g/sec）、現像時間Ｔ
（sec）及び現像域体積Ｖ（mm³）を求め、この実験測定
値を現像剤置換度Ｒ（％）を規定する式（１） に代入して、各実験における現像剤置換度Ｒ（％）を算
出した。

先ず、各実験条件においては、画像サンプルを作成し、
上記式により求められた現像剤置換度との関係において
比較評価した。なお、画像の評価はファストコピー物の
I.D.及び線幅偏り度（％）をマイクロデンシトメーター
（コニカ製PD5）を用いて測定し評価した。

この結果を第１表に示す。

これからID＝1.30以上、偏り度90以上、文字評価等の条
件を満たす現像剤置換度は、 16＜Ｒ＜33 好ましくは 18.75≦Ｒ＜32.05 の範囲あることがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、密集細線の現像に際して生じる先端欠けや後
端欠けを説明するための図、 第２図は、現像剤置換度Ｒを変化させた場合におけるＲ
の値と線幅の偏り（δ）との関係を示すグラフ図、 第３図は、上記Ｒの値を変化させた場合におけるＲの値
と画像濃度（I.D.）との関係を示すグラフ図、 第４図は、トナー重量分率Ａとキャリヤ１個のまわりの
トナーの総重量（Ｍ）と総容積（ｖ）との比（v/M）と
の関係を示すグラフ図、 第５図は、本発明の現像方法を説明するための概略図を
それぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性キャリヤとトナーとから成る二成分系
   現像剤をスリーブにより搬送し、感光体ドラム上の静電
   潜像を現像することから成る現像方法において、式 式中、ｘは二成分系現像剤の搬送量（g/sec）を表わ
   し、Ｔは現像時間（sec）を表わし、Ｖは現像域体積（m
   m³）を表わし、ρ_Tはトナーの密度（g/mm³）を表わし、
   ρ_Cはキャリヤの密度（g/mm³）を表わし、Ａは現像剤中
   のトナー重量分率を表わす、 で定義される現像剤置換度（Ｒ）が16.00乃至33.00％と
   なるように現像条件を設定することを特徴とする現像方
   法。