JPH08262875A - 現像方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像形成装置の小型化が可能であり、高品質の
画像を形成し得る現像方法を提供する。 【解決手段】静電荷像を担持して移動する像担持手段上
の静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する現像方法に
おいて、現像剤支持手段を表面に複数個の磁極を設けか
つ円筒状に一体成形してなる永久磁石部材によって構成
し、絶縁性トナーを含む磁性現像剤を前記現像剤支持手
段の表面に吸着させて現像領域に搬送すると共に、現像
剤支持手段の周速と像担持手段の移動速度とを略等しく
して磁性現像剤を像担持手段の表面に接触させ、像担持
手段上の静電荷像を顕像化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電荷像を担持す
る像担持手段の表面に形成された静電荷像を、円筒状に
一体に成形された永久磁石部材からなる現像剤支持手段
の表面に吸着保持された磁性現像剤を使用して現像する
現像方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来電子写真や静電記録を利用した画像
形成方法においては、光導電体若しくは誘電体等からな
る画像担持体の表面に形成された静電荷像を、例えば永
久磁石部材を内蔵すると共にこの永久磁石部材と相対回
転自在に嵌挿してなるスリーブからなる現像手段を使用
し、磁性現像剤からなる所謂磁気ブラシによって摺擦し
てトナー像として現像する。次いでこのトナー像を直接
定着するか、若しくはトナー像を普通紙などの転写シー
ト上に転写した後定着して最終画像を得ている。しかし
ながらこの磁気ブラシ法においては、磁性現像剤からな
る磁気ブラシが静電荷像を形成する画像部のみならず非
画像部にも接触するため、地カブリが発生し易い。そこ
で画像担持体とスリーブとの間に、直流バイアスに交流
バイアスを重畳させた電界を印加する手段が使用されて
いる。

【０００３】図２は従来の現像方法の例を示す要部横断
面図である。図２において１は現像剤槽であり、磁性現
像剤２を収容すると共に、その下方に複数個の永久磁石
３を備え円柱状に形成した永久磁石部材４と、非磁性金
属材料（例えばＳＵＳ３０４）により中空円筒状に形成
したスリーブ５とを同軸的にかつ相対回転自在に構成し
てなる現像ロール６を設ける。

【０００４】７は感光体ドラムであり、矢印方向に回転
自在に形成し、現像ロール６と間隙ｇを介して対向させ
てある。８はドクターブレードであり、現像剤槽１に設
けられ、現像ロール６と間隙ｔを介して対向させ、現像
ロール６を構成するスリーブ５上に吸着される磁性現像
剤の層厚を規制するものである。９は交流電源、１０は
直流電源であり、感光体ドラム７とドクターブレード８
間に接続し、直流と交流との重畳バイアスを印加するた
めのものである。なお間隙ｇは前記間隙ｔより若干大に
形成する。

【０００５】上記の構成により、永久磁石部材４を固定
してスリーブ５を矢印方向に回転させると、磁性現像剤
２がスリーブ５上に吸着されて搬送され、感光体ドラム
７と対向する現像領域に至ると、感光体ドラム７上に形
成されている静電荷像の電界によって、磁性現像剤２が
永久磁石部材４によるスリーブ５への吸着力に打ち勝っ
て転移する。これにより静電荷像を現像することができ
るのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような現像方法
においては、スリーブ５の外周面は磁性現像剤２を永久
磁石部材４による磁気的吸引力によって吸着し、摩擦力
によって搬送するのであるが、搬送性を向上させるため
に、例えばブラスト加工を施すことにより表面の粗さを
大に形成してあるのが通常である。しかしながら使用中
に摩耗が進行し、摩擦係数が変化し、若しくは局部的変
化も発生することにより、吸着される磁性現像剤２の層
厚が変化し、現像性が低下するという問題点がある。

【０００７】なお磁性現像剤を吸着支持して搬送する現
像ロール６は、永久磁石部材４とスリーブ５とを同軸的
に組合わせて構成するものであるため、加工組立が煩雑
であると共に、製作コストが嵩むという問題点がある。

【０００８】そこでプリンター等の小型化のため、現像
ロール６を構成するスリーブ５を省略し、永久磁石部材
４のみを回転状態で使用し、静電荷像を磁気ブラシ法に
よって現像する現像方法も提案されている（例えば特開
昭６２−２０１４６３号公報参照）。このような現像方
法においては、磁性現像剤からなる磁気ブラシの高さの
半分程度が感光体ドラム７の表面と接触するようになっ
ている。

【０００９】しかしながら上記のようなスリーブ５を省
略した形態の磁気ブラシ現像方法においては、永久磁石
部材４の磁極上と磁極間とにおける磁気ブラシの高さお
よび現像性に差があるため、画像濃度が変化し、特に中
間調の画像を現像する場合において画質が低下するとい
う問題点がある。一方上記のような濃度ムラを解消する
ために、永久磁石部材４の回転数を大にすると、駆動ト
ルクが大になると共に、騒音が発生するという問題点が
あり、好ましくない。

【００１０】このため永久磁石部材４の周速Ｖｍは、感
光体ドラム７の周速Ｖｐに対して、ＶｍがＶｐの約 1.5
倍以上になるように設定するのが通常である。しかしな
がら永久磁石部材４の表面に吸着支持された磁性現像剤
は、感光体ドラム７の表面を常に摺擦するため、磁性現
像剤が永久磁石部材４の回転方向に掃き寄せられた状態
の画像となり、高画質のものが得られないという欠点が
ある。

【００１１】上記欠点を解決するために、磁性現像剤の
移動速度と感光体ドラム７との間の相対速度を略零ない
し 1.9倍未満とする提案がされている（特公昭６３−３
９９１０号公報、特開平６−２７４０２５号公報参
照）。しかしながらこれらの提案のものは、何れも永久
磁石部材とスリーブとを同軸的に組合わせた構成のもの
であり、前記のように加工組立が煩雑であるという問題
点がある。特に前者のものにおいては、磁石と非磁性円
筒の両者を回転させる構成のものであるため、駆動系の
構成が更に煩雑となり、小型化しにくいという欠点があ
る。

【００１２】なお前記のように永久磁石部材４の周速Ｖ
ｍを大にすると、特にベタ黒部を有する画像の場合にお
いて、その後端部の濃度が高くなり、濃度ムラを発生す
るという問題点がある。

【００１３】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、画像形成装置の小型化が可能であると共に、高
品質の画像を形成し得る現像方法を提供することを課題
とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、静電荷像を担持して移動する像
担持手段上の静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する
現像方法において、現像剤支持手段を表面に複数個の磁
極を設けかつ円筒状に一体成形してなる永久磁石部材に
よって構成し、絶縁性トナーを含む磁性現像剤を前記現
像剤支持手段の表面に吸着させて現像領域に搬送すると
共に、現像剤支持手段の周速と像担持手段の移動速度と
を略等しくして磁性現像剤を像担持手段の表面に接触さ
せ、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】本発明において、現像領域における現像剤
支持手段と像担持手段の移動方向を同一方向とし、かつ
現像ギャップとドクターギャップとを略同一寸法に形成
することができる。すなわち永久磁石部材の表面とドク
ターブレードの先端との間隙であるドクターギャップｔ
は、画像品質の点から永久磁石部材と像担持手段との間
隙である現像ギャップｇと同一寸法に、ｔ≒ｇに形成す
る。この場合ｇ−ｔ≦0.05mmであればよい。

【００１６】また本発明において、現像領域における現
像剤支持手段と像担持手段の移動方向を逆方向に形成す
ることができる。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好ま
しい。

【００１７】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。但し、磁極数は
磁極ピッチが 0.5〜１０mm（より好ましくは１〜５mm）
となるように設定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。

【００１８】次に本発明における永久磁石部材は、半導
電性若しくは絶縁性の材料であるため、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。

【００１９】上記バイアス電圧としては、直流電圧単独
若しくは直流電圧と交流電圧とを重畳させて印加する
が、直流電圧に重畳させる交流電圧は、通常使用されて
いる５００〜１ｋＨｚのものより更に低周波のものがよ
く、永久磁石部材の磁極数Ｍ、周速Ｖｍ（mm／秒）、直
径Ｄ（mm）によって定まるｆ＝Ｍ・Ｖｍ／π・Ｄ（Ｈ
ｚ）とし、ピーク・トゥ・ピーク電圧Ｖ_p-p は１００〜
８００Ｖとするのがよい。

【００２０】なお上記の重畳電圧は、永久磁石部材の磁
極と同期させて印加されるように構成することが重要で
ある。すなわち永久磁石部材の磁極が像担持手段の表面
に最も接近した時に、電圧波形の谷の値Ｖmin が印加さ
れ、一方永久磁石部材の磁極間が像担持手段の表面に最
も接近した時に、電圧波形の山の値Ｖmax が印加される
ように交流電源の出力値を制御するように構成する。こ
の同期手段の一例としては、永久磁石部材の磁界検出用
の磁気センサーを取付けて交流電源の周波数トリガーと
してもよいし、永久磁石部材の回転軸から交流電源の同
期シグナルを取り出してもよい。

【００２１】本発明において磁性現像剤としては、磁性
トナーのみからなるものは勿論、磁性トナーと磁性キャ
リアとの混合粉体（トナー濃度１０〜９０重量％）およ
び非磁性トナーと磁性キャリアとの混合粉体（トナー濃
度５〜６０％）のものを使用できる。

【００２２】磁性現像剤として二成分系現像剤を使用す
る場合は、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。

【００２３】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、球形のものより偏平状のものが、キャリ
ア付着が生じにくいため好ましい。

【００２４】更にキャリアの平均粒径は１０〜１００μ
ｍのものが好ましい。これは平均粒径が１００μｍ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。

【００２５】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。

【００２６】次に上記キャリアと混合させるべきトナー
としては、磁性若しくは非磁性の何れのものでもよい
が、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１０μｃ／ｇ以上）が好ましい。

【００２７】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（カーボンブラック等、但し
後述する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。ま
た着色剤を適宜選定することにより、カラートナーを作
製することもできる。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】上記の構成により、スリーブを欠如する構
成の現像剤支持手段である小型のものを使用しても、地
カブリ、チリ、細線ムラおよび濃度ムラのない高品質の
画像を現像することができるのである。

【００３１】

【実施例】図１は本発明の実施例における現像手段の例
を示す要部横断面図であり、同一部分は前記図２と同一
の参照符号で示す。図１において永久磁石部材４は体積
固有抵抗が１０⁶ Ω・cmを超える半導電性ないし絶縁性
の例えば等方性フェライト磁石により形成し、外周面に
軸方向に延びる複数個の磁極を設け、円柱状に形成し、
現像剤槽１の下方に回転自在に設ける。交流電源９およ
び直流電源１０は、ドクターブレード８と感光体ドラム
７との間に接続すると共に、永久磁石部材４の表面に吸
着搬送される磁性現像剤２と感光体ドラム７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
加可能に形成する。なお交流電源９を省略した構成とし
てもよい。

【００３２】上記のように構成した現像手段により、磁
性トナーと磁性キャリアとを混合してなる磁性現像剤２
を使用して画像形成した結果について記述する。まず磁
性トナーは，重量比でスチレン−アクリルｎブチルメタ
クリレート共重合体（Ｍｗ＝２１万、Ｍｎ＝１万６千）
５７部、磁性粉（戸田工業製 ＥＰＴ５００）４０部、
ポリプロピレン（三洋化成製 ＴＰ３２）２部、帯電制
御剤（オリエント化学製 ボントロン Ｅ８１）１部を
配合し、加熱混練、冷却固化、粉砕および分級して平均
粒径１０μｍに形成し、表面に流動化剤（日本アエロジ
ル製 Ｒ９７２） 0.5部を外添した。体積固有抵抗は５
×１０¹⁴Ω・cm、摩擦帯電量は−２２μｃ／ｇであっ
た。

【００３３】次に磁性キャリアとしてはシリコーン樹脂
を被覆したフェライトキャリア（日立金属製 ＫＢＮ−
１００）により、平均粒径５０μｍに形成した。体積固
有抵抗は１０⁸ Ω・cmであった。なお体積固有抵抗は前
記トナーにおけると同様にして（但しＤＣ１００Ｖ／cm
の電場で）測定したものである。

【００３４】一方感光体ドラム７はＯＰＣにより形成
し、表面電位−６００Ｖ、周速を夫々２５、５０、１０
０mm／秒とした。永久磁石部材４はフェライト磁石（日
立金属製 ＹＢＭ−３）により外径２０mm、Ａ４サイズ
用、３２極、表面磁束密度３５０Ｇに形成し、現像ギャ
ップ（ｇ） 0.4mm、ドクターギャップ（ｔ） 0.3mmと
し、真鍮からなるドクターブレード８から直流バイアス
電圧−５００Ｖを印加した。この場合、画像品質の点か
らｇ−ｔ＝ 0.2±0.15mmとすることが好ましい。表１は
現像後の画像をコロナ転写し、１８０℃、１kg／cmでヒ
ートロール定着した場合の画像評価結果を示す表であ
る。なお現像、定着の環境は、２０℃、６０％Ｒ．Ｈ．
であった。

【００３５】

【表１】

【００３６】表１から明らかなように、まずNo. １にお
いては画像濃度が低いと共に、地カブリの発生が認めら
れている。またNo. ５においては、地カブリその他の欠
陥はないものの、画像濃度の値が低下している。これに
対してNo. ２〜４においては、何れも高品質の画像が得
られている。このことからＶｍ／Ｖｐは 0.8〜 1.2とす
ることが好ましいことがわかる。

【００３７】次にＶｍ／Ｖｐ＝ 1.0として感光体ドラム
７の周速を大にして高速現像を行ったNo. ６，７におい
ても、欠陥のない高品質の画像が得られている。すなわ
ち永久磁石部材４と感光体ドラム７とを略等しい移動速
度とすることにより、静電荷像に対する磁性現像剤の接
触時間を長くすることができ、画像濃度を向上させ得る
と共に、磁性現像剤が永久磁石部材４の回転方向に掃き
寄せられる状態が防止され、地カブリその他の欠陥の発
生が防止されるのである。

【００３８】次に前記現像手段において、永久磁石部材
４の周速Ｖｍおよび感光体ドラム７の周速Ｖｐを、Ｖｍ
＝Ｖｐ＝２５mm／秒とし、現像ギャップ(g) を 0.4mmお
よび0.3mm、ドクターギャップ(t) を 0.3mmとして、現
像領域における感光体ドラム７に対する永久磁石部材４
の移動方向を変化させた場合の画像評価結果を表２に示
す。なお使用した磁性現像剤および上記以外の現像条件
は前記のものと同様である。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２から明らかなように、No. １１におい
ては、濃度ムラの発生が認められる。この場合、ベタ黒
部を有する画像の場合において顕著である。これに対し
てNo. １２，１３においては、画像濃度が良好であると
共に、地カブリ、細線ムラおよび濃度ムラのない画像が
得られている。これはNo. １２のものにおいて、ｇ＝ｔ
に形成したことにより、現像領域において磁性現像剤の
溜りが形成される結果、濃度ムラが解消されるものと認
められる。なおNo. １３のものにおいては、現像領域に
おける永久磁石部材４と感光体ドラム７の移動方向が逆
方向であるから、ｇ，ｔの寸法関係の如何に拘らず、上
記磁性現像剤の溜りが形成され得る。

【００４１】

【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。

【００４２】(1) 現像ロールの構成部材を永久磁石部材
のみとしたものであるため、現像装置を小型化すること
ができ、画像形成装置全体を小型化することができる。 (2) 現像ロールの周速と像担持体の移動速度とを略等し
くして現像するものであるため、高速現像が可能とな
る。

【００４３】(3) 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。 (4) 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。

【００４４】(5) 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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における現像手段の例を示す要
部横断面図である。

【図２】従来の現像方法の例を示す要部横断面図であ
る。

【符号の説明】

４ 永久磁石部材 ７ 感光体ドラム ９ 交流電源 １０ 直流電源

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【手続補正書】

【提出日】平成７年９月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims (3)

【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
   上の静電荷像を磁性現像剤を使用して現像する現像方法
   において、 現像剤支持手段を表面に複数個の磁極を設けかつ円筒状
   に一体成形してなる永久磁石部材によって構成し、絶縁
   性トナーを含む磁性現像剤を前記現像剤支持手段の表面
   に吸着させて現像領域に搬送すると共に、現像剤支持手
   段の周速と像担持手段の移動速度とを略等しくして磁性
   現像剤を像担持手段の表面に接触させ、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現像方法。
2. 【請求項２】 現像領域において現像剤支持手段を像担
   持体と同一方向に移動させ、かつ現像ギャップとドクタ
   ーギャップとを略同一寸法に形成したことを特徴とする
   請求項１記載の現像方法。
3. 【請求項３】 現像領域における現像剤支持手段と像担
   持手段の移動方向を逆方向に形成したことを特徴とする
   請求項１記載の現像方法。