JP2002214887A

JP2002214887A - 画像形成装置及び当該装置用の磁性現像剤

Info

Publication number: JP2002214887A
Application number: JP2001013975A
Authority: JP
Inventors: Harumi Ishiyama; 晴美石山; Yasunori Kono; 康則児野; Jun Hirabayashi; 純平林; Norio Takahashi; 憲生高橋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-01-23
Filing date: 2001-01-23
Publication date: 2002-07-31
Also published as: US20020141783A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】長期使用にも安定した帯電性能及び画像性能
を維持できるクリーナレス方式の画像形成装置を提供す
る。【解決手段】静電潜像を磁性現像剤３ａで可視化し、
かつ被帯電体上に残留したトナーを回収する磁性一成分
非接触現像器３を有する画像形成装置で、帯電器２は、
帯電部材がローラ形状の弾性体２ｂで構成され、帯電部
材表面は被帯電体面に対して逆方向の速度差を持ち、か
つ、少なくとも帯電部材と被帯電体の接触面には導電粒
子が存在し、かつ、前記速度差が−１０１％乃至−４０
０％であり、帯電ローラの表面粗さＲａが１乃至５００
μｍであり、被帯電体の表面の水に対する接触角が８６
゜乃至１０３゜であり、少なくとも結着樹脂及び磁性体
を有するトナーを含有し、磁性現像剤の平均円形度が
０．９５０以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複写機、プリンタ等
の電子写真装置として用いられる画像形成装置及び当該
装置用の磁性現像剤に関する。

【０００２】

【従来の技術】［帯電方法］従来、例えば、電子写真装
置や静電記録装置等の画像記録装置において、電子写真
感光体・静電記録誘電体などの像担持体（被帯電体）を
所要の極性・電位に一様に帯電処理（除電処理も含む）
する帯電装置としてはコロナ帯電器（コロナ放電器）が
よく使用されていた。

【０００３】コロナ帯電器は非接触型の帯電装置であ
り、例えば、ワイヤ電極等の放電電極と該放電電極を囲
むシールド電極を備え、放電開口部を被帯電体である像
担持体に対向させて非接触に配設し、放電電極とシール
ド電極に高圧を印加することにより、生じる放電電流
（コロナシャワー）に像担持体面をさらすことで像担持
体面を所定に帯電させるものである。

【０００４】近時は、コロナ帯電器に比べて低オゾン・
低電力等の利点があることから、前記したように被帯電
体に電圧を印加した帯電部材を当接させて被帯電体を帯
電する接触方式の帯電装置（接触帯電装置）が実用化さ
れてきている。

【０００５】接触帯電装置は、像担持体等の被帯電体
に、ローラ型（帯電ローラ）、ファーブラシ型、磁気ブ
ラシ型、ブレード型等の導電性の帯電部材を接触させ、
この帯電部材（接触帯電部材・接触帯電器、以下、接触
帯電部材と記す）に所定の帯電バイアスを印加して、被
帯電体面を所定の極性・電位に帯電させるものである。

【０００６】接触帯電の帯電機構（帯電のメカニズム、
帯電原理）には、（１）放電帯電機構と（２）直接注入
帯電機構の２種類の帯電機構が混在しており、どちらが
支配的であるかにより各々の特性が現れる。図４にそれ
ぞれの代表的な帯電特性を示す。詳しくは以下の通りで
ある。

【０００７】（１）放電帯電機構接触帯電部材と被帯電体との微少間隙に生じる放電現象
により被帯電体表面が帯電する機構である。

【０００８】放電帯電系は、接触帯電部材と被帯電体に
一定の放電閾値を有するため、帯電電位より大きな電圧
を接触帯電部材に印加する必要がある。また、コロナ帯
電器に比べれば発生量は格段に少ないけれども放電生成
物を生じることが原理的に避けられないため、オゾンな
ど活性イオンによる弊害は避けられない。

【０００９】たとえば、接触帯電部材として導電ローラ
（帯電ローラ）を用いたローラ帯電方式は帯電の安定性
と言う点で好ましく、広く用いられているが、このロー
ラ帯電ではその帯電機構は放電帯電機構が支配的であ
る。

【００１０】即ち、帯電ローラは導電あるいは中抵抗の
ゴム材あるいは発泡体を用いて生成される。さらにこれ
らを積層して所望の特性を得たものもある。帯電ローラ
は被帯電体との一定の接触を得るために弾性を持たせて
いるが、そのため摩擦抵抗が大きく、多くの場合、被帯
電体に従動あるいは若干の速度差をもって駆動される。
従って、ローラ上の形状のムラや被帯電体の付着物によ
り非接触状態が避けられないため、従来のローラ帯電で
はその帯電機構は放電帯電機構が支配的となる。

【００１１】より具体的に説明すると、被帯電体として
の厚さ２５μｍのＯＰＣ感光体に対して帯電ローラを加
圧当接させて帯電処理を行なわせる場合には、帯電ロー
ラに対して約６４０Ｖ以上の電圧を印加すれば感光体の
表面電位が上昇し始め、それ以降は印加電圧に対して傾
き１で線形に感光体表面電位が増加する。以降、このし
きい値電圧を帯電開始電圧Ｖｔｈと定義する（図４の点
線）。

【００１２】つまり、電子写真に必要とされる感光体表
面電位Ｖｄを得るためには、帯電ローラには「Ｖｄ＋Ｖ
ｔｈ」という必要とされる以上のＤＣ電圧が必要とな
る。このようにしてＤＣ電圧のみを接触帯電部材に印加
して像担持体の帯電を行なう方式を「ＤＣ帯電方式」と
称する。

【００１３】しかし、ＤＣ帯電方式においては環境変動
等によって接触帯電部材の抵抗が変動するため、また像
担持体としての感光体が削れることによって膜厚が変化
するとＶｔｈが変動するため、感光体の電位を所望の値
にすることが難しかった。

【００１４】このため更なる帯電の均一化を図るために
特開昭６３−１４９６６９号公報等に開示されるよう
に、所望のＶｄに相当するＤＣ電圧に２×Ｖｔｈ以上の
ピーク間電圧を持つＡＣ成分を重畳した振動電圧を接触
帯電部材に印加して像担持体の帯電を行なう「ＡＣ帯電
方式」が用いられる。これはＡＣによる電位のならし効
果を目的としたものであり、像担持体の電位はＡＣ電圧
のピークの中央であるＶｄに収束し、環境等の外乱には
影響されることはない。

【００１５】しかしながら、このような接触帯電装置に
おいても、その本質的な帯電機構は帯電部材から像担持
体への放電現象を用いているため、先に述べたように帯
電に必要とされる電圧は「像担持体表面電位＋放電しき
い値」以上の値が必要とされ、微量のオゾンは発生す
る。

【００１６】また、帯電均一化のためにＡＣ帯電を行っ
た場合にはさらなるオゾンの発生、ＡＣ電圧の電界によ
る接触帯電部材と感光体の振動騒音（ＡＣ帯電音）の発
生、また、放電による被帯電体表面の劣化が顕著にな
り、新たな問題点となっていた。

【００１７】（２）直接注入帯電機構接触帯電部材から被帯電体へ電荷が直接注入されること
で、被帯電体表面を帯電する機構である。特開平０６−
００３９２１号公報等で提案されている。

【００１８】中抵抗の接触帯電部材が被帯電体表面に接
触して、放電現象を介さずに、つまり放電機構を基本的
に用いないで、被帯電体表面に直接電荷注入を行うもの
である。よって、接触帯電部材への印加電圧が放電閾値
以下であっても、被帯電体を印加電圧相当の電位に帯電
することができる（図４の実線）。この直接注入帯電機
構はイオンの発生を伴わないため、放電生成による弊害
は生じない。

【００１９】より具体的には、帯電ローラ、帯電ブラ
シ、帯電磁気ブラシ等の接触帯電部材に電圧を印加し、
被帯電体（像担持体）表面にあるトラップ順位または電
荷注入層の導電粒子等の電荷保持部材に電荷を注入して
直接注入帯電を行う機構である。放電現象が支配的でな
いため、帯電に必要とされる電圧は所望する像担持体表
面のみであり、オゾンの発生も無い。

【００２０】接触部材として、スポンジローラのような
多孔状のローラに、接触帯電性を向上させるための導電
性微粒子をコートしたものを用いる場合には、接触帯電
部材と被帯電体間の接触を極めて密にすることが可能で
あり、良好な帯電性を得ることが可能となる。

【００２１】［クリーナレス（トナーリサイクルシステ
ム）］転写方式の画像形成装置においては、転写後の感
光体（像担持体）に残存する転写残現像剤（トナー）は
クリーナ（クリーニング装置）によって感光体面から除
去されて廃トナーとなるが、この廃トナーは環境保護の
面からも出ないことが望ましい。そこでクリーナをなく
し、転写後の感光体上の転写残現像剤は現像装置によっ
て「現像同時クリーニング」で感光体上から除去し現像
装置に回収・再用する装置構成にしたクリーナレスの画
像形成装置も出現している。

【００２２】現像同時クリーニングとは、転写後に感光
体上に残留した現像剤を次工程以降の現像時、即ち引き
続き感光体を帯電し、露光して潜像を形成し、該潜像の
現像時にカブリ取りバイアス（現像装置に印加する直流
電圧と感光体の表面電位間の電位差であるカブリ取り電
位差Ｖｂａｃｋ）によって回収する方法である。この方
法によれば、転写残現像剤は現像装置に回収されて次工
程以後に再用されるため、廃トナーをなくし、メンテナ
ンスに手を煩わせることも少なくすることができる。ま
たクリーナレスであることでスペース面での利点も大き
く、画像形成装置を大幅に小型化できるようになる。

【００２３】クリーナレスは、上記のように転写残トナ
ーを専用のクリーナによって感光体面から除去するので
はなく、帯電手段部を経由させて現像装置に至らせて再
度現像プロセスにて利用するものであるため、感光体の
帯電手段として接触帯電を用いた場合においては、感光
体と接触帯電部材との接触部に絶縁性である現像剤が介
在した状態で如何にして感光体を帯電するかが課題にな
っている。

【００２４】上記したローラ帯電やファーブラシ帯電に
おいては、感光体上の転写残トナーを拡散し非パターン
化するとともに、大きなバアイスを印加し放電による帯
電を用いることが多い。磁気ブラシ帯電においては接触
帯電部材として粉体を用いるため、その粉体である導電
性磁性粒子の磁気ブラシ部が感光体に柔軟に接触し感光
体を帯電できる利点があるが、機器構成が複雑であるこ
と、磁気ブラシ部を構成している導電性磁性粒子の脱落
による弊害が大きい。

【００２５】［接触帯電部材に対する粉末塗布］接触帯
電装置について、帯電ムラを防止し安定した均一帯電を
行なうために、接触帯電部材に被帯電体面との接触面に
粉末を塗布する構成が特公平７−９９４４２号公報に開
示されているが、接触帯電部材（帯電ローラ）が被帯電
体（感光体）に従動回転（速度差駆動なし）であり、ス
コロトロン等のコロナ帯電器と比べるとオゾン生成物の
発生は格段に少なくなっているものの、帯電原理は前述
のローラ帯電の場合と同様に依然として放電帯電機構を
主としている。特に、より安定した帯電均一性を得るた
めにはＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した電圧を印加するた
めに、放電によるオゾン生成物の発生はより多くなって
しまう。よって、長期に装置を使用した場合や、クリー
ナレスの画像形成装置を長期に使用した場合において、
オゾン生成物による画像流れ等の弊害が現れやすい。

【００２６】また、特開平５−１５０５３９号公報に
は、接触帯電を用いた画像形成方法において、長時間画
像形成を繰り返すうちにトナー粒子やシリカ微粒子が帯
電手段の表面に付着することによる帯電阻害を防止する
ために、現像剤中に、少なくとも顕画粒子と、顕画粒子
より小さい平均粒径を有する導電性粒子を含有すること
が開示されている。しかし、この接触帯電は放電帯電機
構によるもので、直接注入帯電機構ではなく、放電帯電
による前述の問題がある。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】弾性発泡体（弾性スポ
ンジ）より構成される帯電部材と被帯電体の接触面に導
電粒子を介在させ、帯電部材を被帯電体表面に対して周
速差をもって回転させることで、オゾンの生成がなく、
簡易な構成での直接帯電である注入帯電が実現できる。

【００２８】しかしながら、上述の直接注入帯電でかつ
クリーナレス構成の場合には、絶縁性である転写残トナ
ーが帯電ローラ表面へ蓄積し、直接注入帯電では、接触
面積の不足がそのまま、帯電性能の低下を起こしてしま
う。また、転写残トナーは帯電ローラ上に存在している
ので、接触部内においてローラ上のトナーはローラとド
ラムに摺擦のためにトナー劣化を生じ易く、装置の長期
の使用において、その劣化トナーが現像部で回収されず
に常にドラム上に存在し、転写したものはカブリとな
り、また、転写されないものはそのまま帯電部に至り、
帯電不良を引き起こしてしまう。また、現像部で回収さ
れても、その回収された劣化トナーが現像特性を悪化さ
せ、カブリの増加や、濃度低下などを引き起こしてしま
う。さらに、帯電ローラ上からトナーが排出する時に、
ローラ上の導電粒子がトナー表面に付着し、同時にドラ
ム上に排出され帯電ローラ上の導電粒子が不足してしま
う場合がある。

【００２９】本発明は、上記問題を解決し、長期使用に
おいても安定した帯電性能及び画像性能を維持できるク
リーナレス方式の画像形成装置及び当該装置用の磁性現
像剤を提供することを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、被帯
電体に接触し、該被帯電体を一様に帯電する帯電器と；
該被帯電体に露光により静電潜像を形成する露光器と；
該静電潜像を磁性現像剤で可視化し、かつ被帯電体上に
残留したトナーを回収する磁性一成分非接触現像器と；
該被帯電体上のトナー像を記録材に転写する転写帯電器
を有する画像形成装置であって、該帯電器は、帯電部材
がローラ形状の少なくとも表面に多孔体を有する弾性体
で構成され、前記帯電部材表面は被帯電体面に対して逆
方向の速度差を持っており、かつ、少なくとも帯電部材
と被帯電体の接触面には導電粒子が存在するものであ
り、かつ、前記速度差が−１０１％乃至−４００％であ
り、前記帯電ローラの表面粗さＲａが１乃至５００μｍ
であり、前記被帯電体の表面の水に対する接触角が８６
゜乃至１０３゜であり、該磁性現像剤は、少なくとも結
着樹脂及び磁性体を有するトナーを含有しており、下記
式により求められる該磁性現像剤の平均円形度が０．９
５０以上であることを特徴とする画像形成装置、及び当
該装置用の磁性現像剤に関する。

【００３１】

【数２】

【００３２】本発明の上記構成により、クリーニング装
置をもたない画像形成装置において、注入帯電を阻害す
る絶縁性の転写残トナーが帯電接触部に入り込んでも、
本発明のトナーを用いた場合は接触部内で容易に転が
り、いったん転写残トナーが存在して帯電できないとこ
ろがあっても、トナーが転がり場所を移動し通常の帯電
面に接触できることと、また別の帯電部材表面が接触す
るので、良好な帯電性能を得ることができる。よって、
オゾンレスでかつクリーナレス装置であっても均一な帯
電性を得られる。

【００３３】また、一方、本発明のトナーは、接触部を
通過したトナーも通過せずにローラ表面によって接触部
下流へ移動してきたトナーも、ドラムと帯電部材の電位
差で容易にドラム表面に移動するため、ローラ表面に滞
留して何度もドラムと接触することが無いため、トナー
の劣化が少ない。よって、劣化トナーによるカブリや濃
度低下ということが無く、長期使用においても良好な現
像特性を安定に得ることができる。

【００３４】さらに、帯電ローラ上から感光ドラム上に
トナーが排出する時に、ローラ上の導電粒子がトナー表
面に付着しづらくなるので、導電粒子がトナーと一緒に
ドラム上に排出されることが少なくなり、供給する導電
粒子の量を少なくでき、耐久を通して帯電ローラ上の導
電粒子の量を安定にコントロールできる。よって、耐久
を通して、安定な画像を得ることができる。

【００３５】よって、環境に配慮したオゾンレス帯電で
なおかつ廃トナーを出さないクリーナレス画像形成装置
を提案することができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態であるク
リーナレス装置について記述する。

【００３７】［装置構成］本記録装置は図１に示される
ように、被帯電体である感光ドラム１の周囲に配置され
た、帯電器２、露光装置Ｌ、現像器３、転写帯電器４、
定着器５から構成される。ここで、感光ドラム１、帯電
器２、現像器３は一体型のカートリッジ７に内包される
構成をとっているが、装置形態はこれに限定するもので
はない。

【００３８】次に各装置について詳細に述べる。

【００３９】［帯電装置］本実施例の帯電器は、図１に
示すように、主に導電性弾性ローラ２１（以降、帯電ロ
ーラと称する）及び帯電促進を目的とした導電性粒子２
２（以降、帯電促進粒子と称する）から構成される。帯
電ローラ２１表面には、予め帯電促進粒子２２が以下に
述べる方法で塗布してあり、この帯電促進粒子を担持し
た状態で感光ドラム１の帯電が行われる。更に、弾性ロ
ーラと感光ドラムの間に帯電促進粒子を介在させること
により、両者の間で速度差を設けることが可能になる。
従って、速度差を設けることでより高い接触性を得るこ
とができる。構成としては、弾性ローラを回転駆動して
感光体と帯電部材に速度差を設けることになる。その回
転方向Ｂは、感光体表面の移動方向Ａとは逆方向に回転
するよう構成することが望ましい。

【００４０】以上の構成をとることで、従来のローラ帯
電では得られなかった高い帯電効率を得られ、帯電部材
に印加した電位とほぼ同等の電位を被帯電体に与えるこ
とができる。帯電に必要なバイアスは被帯電体に必要な
電位相当の電圧で十分であり、放電現象を用いない安定
かつ安全な帯電方式を実現する。

【００４１】なお、感光体と帯電部材との速度差は−１
０１％乃至−４００％が好ましく、速度差が−１０１％
より小さい場合には帯電に必要な接触性が不十分であ
り、−４００％より大きい場合は、感光ドラムとの摺擦
機会が多くなりすぎ、感光ドラム表面を磨耗させ、感光
体の寿命を早めてしまう。

【００４２】次に、本帯電器の主たる構成部材について
述べる。

【００４３】［帯電ローラ］帯電ローラ２１は、芯金２
ａ上に弾性発泡体の中抵抗層２ｂを形成することにより
作製される。中抵抗層２ｂは樹脂（例えばウレタン）、
導電性粒子（例えばカーボンブラック）、発泡剤等によ
り処方され、芯金２ｂの上にローラ状に形成した。その
後必要に応じて表面を研磨して直径１２ｍｍ，長手長さ
２００ｍｍの弾性導電ローラ２１を作製した。

【００４４】本実施例のローラ抵抗を測定したところ１
００ｋΩであった。ローラ２１の芯金に総圧９．８Ｎ
（１ｋｇ）の加重がかかるようφ３０ｍｍのアルミドラ
ムに圧着した状態で、芯金２ｂとアルミドラムに１００
Ｖを印加し、計測した。ここで、弾性ローラ２１は電極
として機能することが重要である。つまり、弾性を持た
せ十分な接触状態を得ると同時に、移動する被帯電体を
充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。一方では
被帯電体にピンホールなどの欠陥部位が存在した場合に
電圧のリークを防止する必要がある。従って、十分な帯
電性と耐リーク性を得るには１０⁴〜１０⁷Ωの抵抗が望
ましい。

【００４５】帯電ローラの硬度は、硬度が低すぎると形
状安定しないために接触性が悪くなり、高すぎると帯電
ニップを確保できないだけでなく、感光体表面へのミク
ロな接触性が悪くなるので、アスカーＣ硬度で２５度か
ら５０度が好ましい範囲である。

【００４６】帯電ローラの弾性体の材料として、ＥＰＤ
Ｍ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵
抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電
性物質を分散したゴム剤があげられる。また、特に導電
性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗
調整をすることも可能であり、さらには、金属酸化物と
イオン導電性の材料を混合して抵抗調整することも可能
である。

【００４７】帯電ローラは帯電導電粒子を高密度に担持
する必要から、ある程度の粗さが要求される。平均粗さ
Ｒａにして、１μｍ乃至５００μｍが好ましい。１μｍ
未満では粒子を担持するための表面積が不足するととも
に、絶縁物（たとえばトナー）などがローラ表層に付着
した場合その周辺がドラムに接触できなくなり、帯電性
能が低下する。逆に５００μｍを超える場合においては
ローラ表面の凹凸が被帯電体の面内帯電均一性を低下さ
せることになる。本実施例におけるＲａは４０μｍであ
った。

【００４８】平均粗さＲａの測定には、キーエンス社製
表面形状測定顕微鏡ＶＦ−７５００、ＶＦ７５１０を用
い対物レンズ１２５０倍から２５００倍を用い、非接触
にてローラ表面の形状及びＲａの測定を行った。

【００４９】［帯電促進粒子］本実施例では、比抵抗が
１０³Ω・ｃｍ，平均粒径１．２μｍの導電性酸化亜鉛
粒子２２を、使用前の帯電ローラ表面に刷毛を用いて均
一に塗布した。

【００５０】粒子の材料としては、他の金属酸化物など
の導電性無機粒子や有機物との混合物、あるいは、これ
らに表面処理を施したなど各種導電粒子が使用可能であ
る。

【００５１】粒子抵抗は粒子を介した電荷の授受を行う
ため、比抵抗としては１０¹²Ω・ｃｍ以下が望ましい。
ここで抵抗測定は、錠剤法により測定し正規化して求め
た。低面積２．２６ｃｍ²の円筒内におよそ０．５ｇの
粉体試料を入れ、上下電極に１４７Ｎ（１５ｋｇ）の加
圧を行うと同時に１００Ｖの電圧を印加し抵抗値を計
測、その後、正規化して比抵抗を算出した。

【００５２】導電粒子の粒径としては高い帯電効率と帯
電均一性をえるために１０μｍ以下が望ましい。本発明
において、粒子が凝集体を構成している場合の粒径は、
その凝集体としての平均粒径として定義した。粒径の測
定には、電子顕微鏡による観察から１００個以上抽出
し、水平方向最大弦長を持って体積粒径分布を算出しそ
の５０％平均粒径を持って決定した。

【００５３】導電粒子は一次粒子の状態で存在するばか
りでなく二次粒子の凝集した状態で存在することもなん
ら問題はない。どのような凝集状態であれ、凝集体とし
て導電粒子としての機能が実現できればその形態は重要
ではない。

【００５４】導電粒子は特に感光体の帯電に用いる場合
に潜像露光の妨げにならないよう白色または透明に近い
ことが望ましい。さらに、導電粒子が感光体上から記録
材Ｐに一部転写されてしまうことを考えるとカラー記録
では無色あるいは白色のものが望ましい。また、画像露
光時に粒子による光散乱を防止するためにもその粒径は
構成画素サイズ以下、さらにはトナー粒径以下であるこ
とが望ましい。粒径の下限値としては粒子として安定に
えられるものとして１０ｎｍが限界と考えられる。

【００５５】本発明において、粒子が凝集体を構成して
いる場合の粒径は、その凝集体としての平均粒径として
定義した。粒径の測定には、光学あるいは電子顕微鏡に
よる観察から、１００個以上抽出し、水平方向最大弦長
をもって体積粒度分布を算出しその５０％平均粒径をも
って決定した。

【００５６】更に、本実施形態で用いたように、特に感
光体の帯電に用いる場合に潜像露光時に妨げにならない
よう、無色あるいは白色の粒子が適切である。さらに、
帯電促進粒子が感光体上から記録紙に一部転写されてし
まうことを考えるとカラー記録では、無色、あるいは白
色のものが望ましい。

【００５７】［現像器］本実施例の現像器は、導電粒子
を混合した磁性一成分トナーを用いた、感光ドラムと非
接触の現像器である。ここで用いた導電粒子は、前記帯
電導電粒子と同じものである。現像器３はマグネットロ
ール３ｃを内包した現像スリーブ３ｂ、規制ブレード３
ｄから構成される。現像器内のトナー３ａはスリーブ上
を搬送される過程において、規制ブレード３ｄで層厚規
制及び電荷付与され、現像部位に導入され、感光ドラム
１上に形成された静電潜像を現像する。この現像時に静
電潜像を現像するとともに、導電粒子を現像部からドラ
ム上に供給している。

【００５８】次に、装置の動作について述べる。

【００５９】［帯電器の動作］本実施例の帯電器２の動
作について説明する。感光ドラム１はφ３０ｍｍのドラ
ム状であり、周速が５０ｍｍ／ｓｅｃの一定速度で回転
する。帯電ローラ２１はローラ表面が感光体と互いに逆
方向に等速度（速度差−２００％）で移動するようおよ
そ８０ｒｐｍで駆動し、そのローラ芯金２ａに−７００
Ｖの直流電圧をバイアスＳ１により印加した。これによ
り、感光体表面は印加電圧と等しい電位に帯電される。

【００６０】次に本装置全体の動作について述べる。

【００６１】［装置全体の動作］前述の帯電ローラ芯金
２ａには−７００Ｖの直流電圧が印加され、感光ドラム
１表面は印加電圧とほぼ同電位に帯電される。その後プ
リントパターンに応じ画像部をレーザスキャナ等の露光
器Ｌで走査し感光ドラム１上に静電潜像を作る。その
後、感光ドラム１上の静電潜像を摩擦帯電したトナー３
ａにより可視化する。現像された感光体１上のトナー像
は最終的に記録材Ｐに転写され定着器５により記録画像
を得る。その後、転写残となったトナーはトナーリサイ
クルのため、帯電ローラ表面の微小な突起により帯電接
触部へ撹乱されつつ混入するが、トナーと同時にドラム
上に供給された帯電導電粒子も転写材上には転写されず
に感光ドラム上に存在し帯電部に至り、帯電ローラ表面
に保持されるため、感光ドラムに対し緻密な接触性と接
触抵抗を保つことができる。従って、直接帯電が可能に
なる。そして、混入したトナーは帯電ローラ内部に入り
込むことなく、対ドラムや対導電粒子との摩擦によって
トナーが本来なるべき極性に帯電され（本実施例ではネ
ガ帯電）、帯電ローラ表面から排出され次回現像工程で
現像器にて再度回収あるいは現像される。

【００６２】以下に本発明で用いた現像剤について記述
する。

【００６３】［現像剤］本発明に係るトナーを作製する
ために、以下の方法を用いた。

【００６４】一つには、従来良く用いられている粉砕法
を用いている。例えば、結着樹脂、ワックス、金属塩な
いしは金属錯体、着色剤としての顔料、染料、又は磁性
体、必要に応じて荷電制御剤、その他の添加剤等をヘン
シェルミキサー、ボールミル等の混合器により十分混合
してから加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如
き熱混練機を用いて溶融混練して樹脂類をお互いに相溶
せしめた中に金属化合物、顔料、染料、磁性体を分散又
は溶解せしめ、冷却固化後、粉砕、分級を行なって本発
明に係るトナーを得ることができる。分級工程において
は生産効率上、多分割分級機を用いることが好ましい。
その後、後で述べる各実施例の方法により、表面処理を
行う。

【００６５】また、もう一つの方法としては、重合法が
あり、ここでは、一例として、トナーを懸濁重合法によ
り製造することについて説明する。この懸濁重合法にお
いては、重合性単量体および着色剤（更に必要に応じて
重合開始剤、架橋剤、荷電制御剤、その他の添加剤）を
均一に溶解または分散せしめて単量体組成物とした後、
この単量体組成物を分散安定剤を含有する連続層（例え
ば水相）中に適当な撹拌器を用いて分散し同時に重合反
応を行なわせ、所望の粒径を有するトナーを得るもので
ある。この懸濁重合法で得られるトナー（以後重合トナ
ー）は、個々のトナー粒子形状がほぼ球形に揃っている
ため、平均円形度が０．９５０以上という本発明に最適
な物性要件を満たす現像剤が得られやすく、さらにこう
いった現像剤は帯電量の分布も比較的均一となるため高
い転写性を有している。

【００６６】しかしながら、重合トナー中に通常の磁性
体を含有させても、粒子表面からの磁性体の露出を抑え
ることは難しい。さらにはトナー粒子の流動性及び帯電
特性が著しく低下するだけでなく、懸濁重合トナーの製
造時に磁性体と水との相互作用が強いことにより、平均
円形度が０．９５０以上のトナーが得られ難い。これ
は、磁性体粒子は一般的に親水性であるためにトナー
表面に存在しやすいこと、水溶媒撹拌時に磁性体が乱
雑に動き、それに単量体からなる懸濁粒子表面が引きず
られ、形状が歪んで円形になりにくいこと、等が原因と
考えられる。こういった問題を解決するためには磁性体
粒子の有する表面特性の改質が重要である。

【００６７】磁性体粒子の表面改質の方法としては、一
例として疎水化度を高くする方法があり、具体的には、
シラン処理や、チタンカップリング処理等がある。

【００６８】

【００６９】

【数３】

【００７０】なお、本発明で用いている測定装置である
「ＦＰＩＡ−１０００」は、各粒子の円形度を算出後、
平均円形度の算出に当たって、粒子を得られた円形度に
よって、円形度０．４０〜１．００を６１分割したクラ
スに分け、分割点の中心値と頻度を用いて平均円形度の
算出を行う算出法を用いている。しかしながら、この算
出法で算出される平均円形度の値と、上述した各粒子の
円形度を直接用いる算出式によって算出される平均円形
度の値との誤差は、非常に少なく、実質的には無視出来
る程度のものであり、本発明においては、算出時間の短
絡化や算出演算式の簡略化の如きデータの取り扱い上の
理由で、上述した各粒子の円形度を直接用いる算出式の
概念を利用し、一部変更したこのような算出法を用いて
も良い。

【００７１】具体的な測定方法としては、界面活性剤を
約０．１ｍｇ溶解している水１０ｍｌに現像剤約５ｍｇ
を分散させて分散液を調整し、超音波（２０ｋＨｚ、５
０Ｗ）を分散液に５分間照射し、分散液濃度を５０００
〜２万個／μｌとして、前記装置により測定を行い、３
μｍ以上の円相当径の粒子群の平均円形度を求める。

【００７２】本発明における平均円形度とは、現像剤の
凹凸の度合いの指標であり、現像剤が完全な球形の場合
１．０００を示し、現像剤の表面形状が複雑になるほど
平均円形度は小さな値となる。

【００７３】なお、本測定において３μｍ以上の円相当
径の粒子群についてのみ円形度を測定する理由は、３μ
ｍ未満の円相当径の粒子群にはトナー粒子とは独立して
存在する外部添加剤の粒子群も多数含まれるため、その
影響によりトナー粒子群についての円形度が正確に見積
もれないからである。

【００７４】[現像剤への添加導電粒子]現像剤へ添加す
る導電粒子としては、先に述べた帯電促進粒子と同じ物
を用いている。添加量としては、トナー１００質量部に
対して導電粒子を０．０１〜２０重量部が最適な量であ
る。０．０１質量部より少ない場合には、帯電導電粒子
の供給が不十分であり、帯電性能が維持できない。ま
た、２０質量部を超える場合においては、帯電導電粒子
の過剰供給により、白色または透明な微粒子であるが露
光部での遮光を生じてしまう。

【００７５】［感光体］以下に、２種の感光体１（以
後、感光ドラム）について記述する。

【００７６】まず図２に、感光ドラムＡの断面図を示
す。感光ドラムＡはアルミドラム基体１２上に、正電荷
注入防止層１３、電荷発生層１４、電荷輸送層１５の順
に重ねて塗工された一般的な有機感光体ドラムである
が、電荷輸送層１５が本実施例の特徴的な構成となって
おり、テフロン（デュポン社の商標でフッ素樹脂：ポリ
テトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。）を含有
し、表面接触角を高めている。

【００７７】一般的に、電荷輸送層は電荷輸送材料を結
着剤と共に溶剤に溶解させて形成される。有機の電荷輸
送材料の例としては、ヒドラゾン系化合物、スチルベン
系化合物、ピラゾリン系化合物、オキサゾール系化合
物、トリアリールアミン系化合物等が挙げられる。これ
らの電荷輸送材料は１種類、または２種類以上組み合わ
せて用いることができる。

【００７８】本実施例では、ポリカーボネイト樹脂にヒ
ドラゾンを分散し、これらの総固形分に対して、テフロ
ンを分散している。

【００７９】次に、図３に、感光ドラムＢの断面図を示
す。感光ドラムＢはアルミドラム基体１２上に、正電荷
注入防止層１３、電荷発生層１４、電荷輸送層１５の順
に重ねて塗工された一般的な有機感光ドラムに表面層１
６を塗布することにより、表面強度の向上した感光ドラ
ムを用いた。表面層は光硬化型のアクリル樹脂にＳｎＯ
₂超微粒子１６ａ（粒径が約０．０３μｍ）、滑剤とし
てのテフロン、重合開始剤等を混合分散し、塗工後、光
硬化法により膜形成したものである。

【００８０】本発明の表面層を電荷輸送層の上に設ける
場合は、電荷輸送層のバインダー樹脂は比較的広範囲な
絶縁性樹脂または有機光導電性ポリマーから選択でき
る。例えば絶縁性樹脂としては、ポリカーボネート、ポ
リアリレート、ポリエステル、ポリアクリル酸エステ
ル、ポリウレタン等を挙げることができる。また、有機
光導電ポリマーとしては、ポリビニルカルバゾール、ポ
リビニルアントラセン、ポリビニルピレン等が挙げられ
る。

【００８１】電荷輸送層の上に、表面層が設けられる構
成としては、上記のような絶縁性樹脂に、例えばポリ４
フッ化エチレンの粉体を分散する。このような低表面エ
ネルギー付与剤の表面層全体に対する添加量は、１０〜
１００質量％、好ましくは２０〜５０質量％である。添
加量が１０質量％より少ないと、本発明の効果が不十分
になることがあり、１００質量％を超えると表面層の膜
強度が低下し易くなるので繰り返し使用における耐久性
が低下することがある。また、必要に応じて、電位特性
改善のために電荷輸送材料を加えても良い。

【００８２】表面層として重要な点は、抵抗にある。

【００８３】本発明のような、電荷の直接注入による帯
電方式においては、像担持体側の抵抗を下げることでよ
り効率良く電荷の授受が行えるようになる。一方、感光
ドラムとして用いる場合には静電潜像を一定時間保持す
る必要があるため、電荷注入層１６の好適な体積抵抗値
としては１×１０⁹（Ω・ｃｍ）以上１×１０¹⁴（Ω・
ｃｍ）以下の範囲が適当である。感光ドラムＡの表面層
(電荷輸送層)の体積抵抗は１×１０¹⁶Ω・ｃｍであり、
感光ドラムＢの表面層の抵抗は４．６×１０¹²Ω・ｃｍ
である。よって、感光ドラムＡの注入帯電性能は、感光
ドラムＢに比べて劣っている。

【００８４】このようにして作製した感光ドラムの表面
接触角は、帯電ローラ表面の粒子の均一性の観点で、８
６゜以上が必要で、帯電接触部を安定して得る観点で、
１０３゜以下が望ましい。感光ドラムＡの表面接触角は
８６゜であり、感光ドラムＢの表面接触角は９５゜であ
る。なお、その測定方法は純水を用い、装置は協和界面
科学（株）、接触角計ＣＡ−ＤＳ型を用いた。

【００８５】感光ドラムとしては、上述のものに限定す
るわけではなく、表面の水との接触角を満足するもので
あれば良く、アモルファスシリコンドラム等を用いるこ
とも可能である。アモルファスシリコンドラムは、表面
の抵抗値が約１×１０¹³（Ω・ｃｍ）なので、注入帯電
に適したドラムである。

【００８６】

【実施例】＜実施例１＞本実施例のトナーの構成素材・磁性体（マグネタイト）１００質量部・スチレン−アクリル共重合体１００質量部・モノアゾ染料の鉄錯体（負帯電性制御剤）２質量部・低分子量ポリオレフィン（離型剤）２質量部

【００８７】本実施例では、上記構成素材を用いて上記
粉砕法で得た後分級したトナーに対して、機械的衝撃法
において処理温度をトナー粒子のガラス転移点Ｔｇ付近
の温度（Ｔｇ±１０℃）を加え、トナーの表面処理を行
い、所望の形状を得ている。本実施例の処理温度は８０
゜である。その後このトナーに対して、１．２質量％の
シリコーンオイルとヘキサメチルジシラザンで疎水化処
理された一次粒径１２ｎｍの乾式シリカ（処理後のＢＥ
Ｔ比表面積１２０ｍ²／ｇ）と、先に記述したと同じ導
電粒子である平均粒径が１．２μｍの酸化亜鉛粒子とを
２．０質量％添加し、混合機にて混合し磁性トナーを得
た。

【００８８】得られた磁性トナーの重量平均粒径は６．
７μｍであり、平均円形度は０．９６０であった。

【００８９】＜実施例２＞本実施例では、実施例１と同
じ上記粉砕法で得た後分級したトナーに対して、分散剤
を含有する水中で６０〜８０℃の温度で攪拌することに
よって球形化表面処理を行った。その後このトナーに対
して、１．２質量％のシリコーンオイルとヘキサメチル
ジシラザンで疎水化処理された一次粒径１２ｎｍの乾式
シリカ（処理後のＢＥＴ比表面積１２０ｍ²／ｇ）と、
導電粒子である平均粒径が１．２μｍの酸化亜鉛粒子と
を２．０質量％添加し、混合機にて混合し磁性トナーを
得た。

【００９０】得られた磁性トナーの重量平均粒径は７．
０μｍであり、平均円形度は０．９５５であった。

【００９１】＜実施例３＞本実施例では、実施例１と同
じ上記粉砕法で得た後分級したトナーに対して、熱気流
中を通過させる熱処理法により球形化表面処理を行っ
た。本実施例での熱処理は８０℃で行った。その後この
トナーに対して、１．２質量％のシリコーンオイルとヘ
キサメチルジシラザンで疎水化処理された一次粒径１２
ｎｍの乾式シリカ（処理後のＢＥＴ比表面積１２０ｍ²
／ｇ）と、導電粒子である平均粒径が１．２μｍの酸化
亜鉛粒子とを２．０質量％添加し、混合機にて混合し磁
性トナーを得た。

【００９２】得られた磁性トナーの重量平均粒径は６．
８μｍであり、平均円形度は０．９５０であった。

【００９３】＜実施例４＞本実施例では、先に述べた懸
濁重合法を用いてトナーを以下の通り作製した。

【００９４】イオン交換水７０９ｇに０．１Ｍ−Ｎａ₃
ＰＯ₄水溶液４５１ｇを投入し６０℃に加温した後、
１．０Ｍ−ＣａＣｌ₂水溶液６７．７ｇを徐々に添加し
てＣａ₃（ＰＯ₄）₂を含む水系媒体を得た。

【００９５】一方、スチレン８０質量部ｎ−ブチルアクリレート２０重量部不飽和ポリエステル樹脂２重量部負荷電性制御剤（モノアゾ染料系のＦｅ化合物）４質量部表面処理疎水化マグネタイト８０質量部上記処方をアトライター（三井三池化工機（株））を用
いて均一に分散混合した。

【００９６】この単量体組成物を６０℃に加温し、そこ
に低分子量ポリエチレン１０質量部を添加混合し、これ
に重合開始剤２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバ
レロニトリル）［ｔ_1/2＝１４０分，６０℃条件下］８
ｇ及びジメチル−２，２’−アゾビスイソブチレート
［ｔ_1/2＝２７０分，６０℃条件下；ｔ_1/2＝８０分，８
０℃条件下］２ｇを溶解した。

【００９７】前記水系媒体中に上記重合性単量体系を投
入し、６０℃，Ｎ₂雰囲気下においてＴＫ式ホモミキサ
ー（特殊機化工業（株））にて１０，０００ｒｐｍで１
５分間撹拌し、造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌し
つつ、６０℃で１時間反応させた。その後液温を８０℃
とし更に１０時間撹拌を続けた。反応終了後、懸濁液を
冷却し、塩酸を加えてＣａ₃（ＰＯ₄）₂を溶解し、濾
過，水洗，乾燥してトナーを得た。

【００９８】その後このトナーに対して、１．２質量％
のシリコーンオイルとヘキサメチルジシラザンで疎水化
処理された一次粒径１２ｎｍの乾式シリカ（処理後のＢ
ＥＴ比表面積１２０ｍ²／ｇ）と、導電粒子である平均
粒径が１．２μｍの酸化亜鉛粒子とを２．０質量％添加
し、混合機にて混合し磁性トナーを得た。

【００９９】得られた磁性トナーの重量平均粒径は７．
５μｍであり、平均円形度は０．９７０であった。

【０１００】＜比較例１＞本比較例では、従来の粉砕法
の後、表面処理をしない、従来タイプのトナー分級品に
対して、その後このトナーに対して、１．２質量％のシ
リコーンオイルとヘキサメチルジシラザンで疎水化処理
された一次粒径１２ｎｍの乾式シリカ（処理後のＢＥＴ
比表面積１２０ｍ²／ｇ）と、導電粒子である平均粒径
が１．２μｍの酸化亜鉛粒子とを２．０質量％添加し、
混合機にて混合し磁性トナーを得た。得られた磁性トナ
ーの重量平均粒径は６．７μｍであり、円形度は０．９
３０であった。

【０１０１】以下に、上記各例のトナーを、上述した実
施形態に適応した場合の様子を説明する。市販のキヤノ
ン製プリンタ（ＬＢＰ−１７６０）に上記感光ドラムＡ
又はＢを設けるよう改造した。

【０１０２】（帯電性能の評価）帯電性能は、画像先端
にベタ黒部（ドラム１周以下）を配し残りが中間調の画
像でスジが見られるか見られないかで評価した。

【０１０３】ここでは、帯電性能を厳しく評価するた
め、クリーナレス装置としては厳しい、画像パターンの
印字率が７％と高めの印字率で、長手方向に印字率に差
がないパターンを用いて印字テストを行った。

【０１０４】評価は以下の基準で行い、結果を表１に示
した。 ×：中間調画像全体に帯電不良の黒スジが見られる。 △：中間調画像のべた黒後１周目のゴースト部に黒スジ
が若干見られる。 ○：中間調画像は一様で良好である。

【０１０５】本実施形態のプリンタは反転現像を行って
いるので、ここで意味するゴーストとは感光ドラムの１
周目において画像露光した部分（トナー画像部）が感光
ドラム２周目で帯電不良を起こすため、感光ドラム上の
前回の画像パターンの部分がより強く現像され、ゴース
ト画像が発生するということを言う。が、ここでは、そ
の位置に相当するところをゴースト部と呼び、そこに、
帯電不良現れやすいため、評価として用いている。さら
に、本発明では、転写残トナーが帯電接触部内でスムー
ズに動くように構成することが発明なので、ベタ黒後の
転写残がドラム１周後の帯電にどのような影響を与える
かで、評価している。

【０１０６】実施例１、２及び４では、転写残トナーが
多少接触部に混入しているが、接触部内でトナーが移動
でき、一様に帯電できるので、いずれの感光ドラムにお
いても、帯電均一性評価として厳しい中間調において、
良好な帯電性能を得られている。実施例３においては、
トナーの円形度が若干低いため、多少の接触不足が生
じ、ドラムＡでは、多少の帯電できない場所が生じ、ベ
タ黒後のゴースト部に若干スジとなって帯電不良が見ら
れる。しかし、注入性能の良いドラムＢでは、帯電不良
が無く、均一な中間調が得られている。

【０１０７】比較例１は、トナーの平均円形度が低く、
初期の１００枚時は、帯電ローラ表面の汚れも少ないた
め、帯電性能は良好であるが、長期の使用でローラ表面
がトナーで汚染されるために、ベタ黒だけでなく中間調
の転写残においても帯電接触部で接触して十分に注入帯
電を行えない場所が生じ、スジ画像となってしまう。

【０１０８】

【表１】

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように、注入帯電を阻害す
る絶縁性の転写残トナーが帯電接触部に入り込んでも、
本発明のトナーを用いた場合は接触部内で容易に転が
り、いったん転写残トナーが存在して帯電できないとこ
ろがあっても、トナーが転がり場所を移動し通常の帯電
面に接触できることと、また別の帯電部材表面が接触し
て、良好な帯電性能を得ることができるので、オゾンレ
スでかつクリーナレス装置であっても均一な帯電性を得
られる。

【０１１０】また、一方、本発明のトナーは、帯電ロー
ラとドラムの接触部でのトナーの劣化が少ないため、劣
化トナーによるカブリや濃度低下ということが無く、長
期使用においても良好な現像特性を安定に得ることがで
きる。

【０１１１】さらに、帯電ローラ上から感光ドラム上に
トナーが排出する時に、ローラ上の導電粒子がトナー表
面に付着しづらくなるので、導電粒子がトナーと一緒に
ドラム上に排出されることが少なくなり、供給する導電
粒子の量を少なくでき、耐久を通して帯電ローラ上の導
電粒子の量を安定にコントロールできる。よって、耐久
を通して、安定な画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の概略構成図である。

【図２】感光ドラムＡの層断面図である。

【図３】感光ドラムＢの層断面図である。

【図４】注入帯電特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１．感光体（被帯電体）２．帯電装置２１．帯電ローラ２ａ．芯金２ｂ．弾性体ローラ２２．帯電促進粒子３．現像装置３ａ．現像剤３ｂ．スリーブ３ｃ．マグネット３ｄ．規制ブレード４．転写装置Ｐ．転写材(記録材)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｌ (72)発明者平林純東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者高橋憲生東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 2H003 AA12 BB11 CC05 2H005 AA02 AA08 AA15 CB07 DA07 DA09 EA01 EA05 FA06 2H068 AA08 FC01 FC08 FC15 2H077 AC16 AD00 AD06 DB12 DB14 EA13 EA16 FA23 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被帯電体に接触し、該被帯電体を一様に
帯電する帯電器と；該被帯電体に露光により静電潜像を
形成する露光器と；該静電潜像を磁性現像剤で可視化
し、かつ被帯電体上に残留したトナーを回収する磁性一
成分非接触現像器と；該被帯電体上のトナー像を記録材
に転写する転写帯電器を有する画像形成装置であって、該帯電器は、帯電部材がローラ形状の少なくとも表面に
多孔体を有する弾性体で構成され、前記帯電部材表面は
被帯電体面に対して逆方向の速度差を持っており、か
つ、少なくとも帯電部材と被帯電体の接触面には導電粒
子が存在するものであり、かつ、前記速度差が−１０１％乃至−４００％であり、前記帯電ローラの表面粗さＲａが１乃至５００μｍであ
り、前記被帯電体の表面の水に対する接触角が８６゜乃至１
０３゜であり、該磁性現像剤は、少なくとも結着樹脂及び磁性体を有す
るトナーを含有しており、下記式により求められる該磁
性現像剤の平均円形度が０．９５０以上であることを特
徴とする画像形成装置。【数１】
【請求項２】前記現像剤に導電粒子が添加されている
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】前記現像剤に添加されている導電粒子の
抵抗値が、１×１０ ¹²（Ω・ｃｍ）以下で、かつ平均粒
径が１０ｎｍ乃至１０μｍであることを特徴とする請求
項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】該被帯電体は電子写真感光体であり、該
電子写真感光体の最表面層の体積抵抗が１×１０⁹（Ω
・ｃｍ）乃至１×１０¹⁴（Ω・ｃｍ）であることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の画像形成装
置。
【請求項５】前記請求項１乃至４に記載の当該装置用
の磁性現像剤。