JPH09197829A

JPH09197829A - 現像方法

Info

Publication number: JPH09197829A
Application number: JP8005392A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Ochiai; 正久落合; Toshihiko Noshiro; 敏彦野代; Masumi Asanae; 益実朝苗
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1996-01-17
Publication date: 1997-07-31

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、絶縁性トナーと磁性キャリアとからなる磁性現像剤
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、直流バイアスに周波数ｆ＝Ｖｍ／（ 0.2〜 1.3）Ｐ
（Ｖｍは永久磁石部材の周速（mm/ 秒）、Ｐは異極性の
磁極間の円周方向ピッチ（mm））（Ｈｚ）、ピーク・ト
ゥ・ピーク電圧Ｖ_p-P＝（１〜３）Ｖ_DC（Ｖ_DCは直流バ
イアス電圧（Ｖ））の交流バイアスを重畳させた交互電
界を印加して、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二成分系の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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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と現像ギャップ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とドクターギャップ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。なお現像ギャッ
プｇはドクターギャップｔより若干大に形成する。

【０００６】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。

【０００７】

【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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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むらを解消する
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。

【００１１】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。

【００１２】一方駆動トルクの増加を回避するために、
永久磁石部材４の周速Ｖｍを小にすると、磁極ピッチに
起因する画像の濃淡むらが現れるので、この対策として
磁極数を大にすることが考えられる。しかしながら磁極
数を大にすると、表面磁束密度が低下し、磁性現像剤が
飛散するという不都合があり、現実には例えば直径２０
mmの永久磁石部材４では３２極が限界である。

【００１３】なお永久磁石部材４の表面に形成されてい
る磁極の移動に伴う最大表面磁束密度の周期に対応する
交流バイアス電圧を印加することにより、磁極ピッチに
起因する画像の濃淡むらを解消することが試みられてい
るが、この場合には上記最大磁束密度の移動の周期と交
流バイアス電圧の周期とを完全に一致させる必要があ
る。しかしながら、交流バイアス電圧の周期は一定であ
り変動しないのに拘らず、永久磁石部材４の周速は回転
むら等に起因して変動するため、最大磁束密度の移動の
周期が変動し、両者の周期に差が生ずる。このように両
者の周期に差があると、いわゆるモアレ現象が発生し、
両者の周期より大なる周期の画像の濃淡が現れ、画質を
低下させるという問題点がある。

【００１４】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。

【００１５】

【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、絶縁性トナーと磁性キャリアとからなる
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、直流バイアスに周波数ｆ＝Ｖｍ／（ 0.2
〜 1.3）Ｐ（Ｖｍは永久磁石部材の周速（mm／秒）、Ｐ
は異極性の磁極間の円周方向ピッチ（mm））（Ｈｚ）、
ピーク・トゥ・ピーク電圧Ｖ_p-p＝（１〜３）Ｖ_DC（Ｖ
_DCは直流バイアス電圧（Ｖ））の交流バイアスを重畳さ
せた交互電界を印加して、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。

【００１６】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。

【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
像むらを防止するために、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。

【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。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。

【００１９】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。なお永久磁石部材の表面
を導電性に形成した場合には、永久磁石部材の表面にバ
イアス電圧を直接印加することができるが、永久磁石部
材がアースされているとスパークが発生してノイズの原
因となるので、保護抵抗を介してシャフトにも印加する
ことが好ましい。

【００２０】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、永久磁石部材の周速Ｖｍ（mm／秒）および異極性の
磁極間の円周方向ピッチＰ（mm）によって定まるｆ＝Ｖ
ｍ／（ 0.2〜 1.3）Ｐとし、ピーク・トゥ・ピーク電圧
Ｖ_p-p＝（１〜３）Ｖ_DC（Ｖ_DCは直流バイアス電圧
（Ｖ））とするのがよい。

【００２１】本発明において磁性現像剤としては、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】上記のような二成分系の磁性現像剤を使用
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
磁性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磁性キャリアとして
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。なお磁性キャリアは、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】更に磁性キャリアの平均粒径は１０〜１０
０μｍ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】なお磁性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６０〜１
２０μｍの大粒径の磁性粒子と、平均粒径が１０〜５０
μｍの小粒径の磁性粒子とを、あるいは平均粒径が１０
〜５０μｍ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】上記磁性キャリアの体積固有抵抗は１０⁸
〜１０¹³Ω・cmとするのが好ましい。磁性キャリアの体
積固有抵抗が低すぎると、キャリア付着が生じ易くなる
ため不都合である。一方磁性キャリアの体積固有抵抗が
高すぎると、現像電極効果が小さくなり、画像濃度が低
下するため好ましくない。

【００２７】次に上記磁性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１０¹⁴
Ω・cm以上の絶縁性のものが好ましく、また磁性キャリ
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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】また上記体積固有抵抗の値は、試料を適当
量（１０数mg）秤取し、ダイヤルゲージを改良した内径
3.05mmのテフロン（商品名）製シリンダ中に充填し、
0.1kgの荷重下、磁性キャリアの場合はＤ．Ｃ．１００
Ｖ／cmの電場を、そしてトナーの場合はＤ．Ｃ．４００
０Ｖ／cmの電場を印加して測定し、抵抗値を算出した。
抵抗の測定には横河ヒューレットパッカード製４３２９
型絶縁抵抗計を使用した。またトナーの摩擦帯電量は、
まずフェライトキャリア（日立金属製ＫＢＮ−１０
０）とトナーとをトナー濃度５重量％に調整した現像剤
をよく混合し、ブロー圧 1.0kgf ／cm²でトナーをブロ
ーし、これをブローオフ粉体帯電量測定器（東芝ケミカ
ル製ＴＢ−２００型）により測定した。

【００３１】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、細線むらおよび濃度むらのない高品質の
画像を現像することができるのである。

【００３２】

【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１０⁶Ω・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。

【００３３】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。まずト
ナーは、重量比でビスフェノールＡ型ポリエステル（ガ
ラス転移温度Ｔｇ＝６５℃）９０部、着色剤（シアン：
Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５−３）５部、ポリプロピ
レン（三洋化成製ＴＰ−３２）３部、帯電制御剤（オ
リエント化学製ボントロンＥ８８）２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７μ
ｍに形成し、表面に流動化剤（日本アエロジル製Ｒ９
７２） 0.5部を外添した。体積固有抵抗は７×１０¹⁴Ω
・cm、摩擦帯電量は−２５μｃ／ｇであった。

【００３４】次に磁性キャリアとしては、Ｂａ−Ｎｉ−
Ｚｎ系フェライトキャリア（日立金属製ＫＢＮ−１０
０、平均粒径５０μｍ）、Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトキャ
リア（日立金属製ＫＢＮ−２２０Ｈ、平均粒径５０μ
ｍ）およびシリコーン樹脂を被覆した鉄粉キャリア（Ａ
ＳＣ−３００、平均粒径３０μｍ）を使用し、前記のト
ナーと混合して夫々トナー濃度４０重量％の磁性現像剤
とした。

【００３５】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５０mm／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（磁極間
の円周方向ピッチ1.96mm）、表面磁束密度３５０Ｇに形
成し、現像ギャップ（ｇ） 0.3〜 0.4mm、ドクターギャ
ップ（ｔ） 0.2〜 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−５５０Ｖと交流バイア
ス電圧を印加した。表１は現像後の画像をコロナ転写
し、１６０℃、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。

【００３６】表１において、Ｒは体積固有抵抗、周速比
は永久磁石部材の周速Ｖｍと感光体ドラムの周速Ｖｐと
の比である。また画質の欄における記号は、◎：優、
○：良、△：不良，×：不可の評価を表している。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１において、No. １〜５は交流バイアス
電圧を印加せず、直流バイアス電圧の印加のみによって
現像したものであるが、No. １，２においてカブリおよ
び画像濃淡が顕著であり、画像濃度が低い。またNo. ３
〜５において、画像濃度の向上およびカブリの消失が認
められるが、依然として画像濃淡が顕著であり、濃淡ピ
ッチも大である。

【００３９】次にNo. ６，７は、直流バイアス電圧に加
えて交流バイアス電圧を重畳させて印加したものである
が、交流バイアス電圧の周波数が高いものであるため、
キャリア付着が認められると共に、画像濃淡は解消され
ていない。

【００４０】これに対してNo. ８〜１４は、１５〜２０
０Ｈｚの低周波数の交流電圧を印加することにより、画
像濃度が高く、カブリおよびキャリア付着がなく、更に
画像濃淡が少ない高品質の画像が得られることを示して
いる。但し、No. ８，１４においては画像濃淡の解消が
認められず、No. ９〜１３のものが好結果を示してい
る。

【００４１】なおNo. １５，１６は永久磁石部材と感光
体ドラムとの周速比を変化させたものであるが、何れも
画像濃淡のない高品質の画像が得られている。上記の結
果から、交流バイアス電圧の周波数ｆは、図１に示す永
久磁石部材４の周速Ｖｍ（mm／秒）および異極性の磁極
間の円周方向ピッチＰによって定まるｆ＝Ｖｍ／（ 0.2
〜 1.3）Ｐとすることが好ましいと認められる。この関
係は、磁性キャリアの体積固有抵抗を変化させたNo. １
７，１８においても成立し、何れも高品質の画像が得ら
れている。

【００４２】

【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。

【００４３】(1) 直流バイアス電圧に重畳して印加すべ
き交流バイアス電圧の周波数を永久磁石部材の周速およ
び異極性の磁極間の円周方向ピッチとの関係において特
定の範囲に限定することにより、画像濃淡の少ない高品
質の画像が得られる。

【００４４】(2) 永久磁石部材の像担持体に対する周速
比を、例えば２以下に低減することができ、駆動トルク
を小にすることができる。 (3) 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。

【００４５】(4) 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。 (5) 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。

【００４６】(6) 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。 (7) 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

Claims

【特許請求の範囲】

【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
性トナーと磁性キャリアとからなる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
バイアスに周波数ｆ＝Ｖｍ／（ 0.2〜 1.3）Ｐ（Ｖｍは
永久磁石部材の周速（mm／秒）、Ｐは異極性の磁極間の
円周方向ピッチ（mm））（Ｈｚ）、ピーク・トゥ・ピー
ク電圧Ｖ_p-p＝（１〜３）Ｖ_DC（Ｖ_DCは直流バイアス電
圧（Ｖ））の交流バイアスを重畳させた交互電界を印加
して、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。
【請求項２】磁性キャリアの体積固有抵抗を１０⁸〜
１０¹³Ω・cmとしたことを特徴とする請求項１記載の現
像方法。
【請求項３】非磁性トナーを使用することを特徴とす
る請求項２記載の現像方法。