JP2003280284A - 現像剤用キャリア及び現像剤並びに画像形成方法 - Google Patents

現像剤用キャリア及び現像剤並びに画像形成方法

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JP2003280284A
JP2003280284A JP2002079307A JP2002079307A JP2003280284A JP 2003280284 A JP2003280284 A JP 2003280284A JP 2002079307 A JP2002079307 A JP 2002079307A JP 2002079307 A JP2002079307 A JP 2002079307A JP 2003280284 A JP2003280284 A JP 2003280284A
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Masahide Yamashita
昌秀 山下
Masaru Mochizuki
賢 望月
Fumio Kondo
富美雄 近藤
Kosuke Suzuki
浩介 鈴木
Takayuki Koike
孝幸 小池
Tomomi Tamura
智美 田村
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流抵抗の経時安定性に優れ、画質の変動や
画質劣化の極めて少ない、高精細・高解像度を安定して
形成できる現像剤用キャリア、それを含有する現像剤、
及びそれを用いる画像形成方法を提供する。 【解決手段】 磁性コア材表面にコート層を設けた現像
剤用キャリアにおいて、該コート層が少なくとも樹脂及
び粒子を含み、該キャリア表面がコート層に含まれる粒
子に由来する凹凸を有し、かつ、ギャップd(mm)の
平行平板電極間に静止した磁場により空間占有率40%
の該キャリアの磁気ブラシを形成し、ブラシと略同一方
向に下記条件式(1)の交流電圧E1を周波数1000
Hzで掛けた時の電気抵抗R1が、1.0×105
1.0×1011Ω・cmであることを特徴とする現像剤
用キャリア。 電圧E1(V)=250×d ・・・(1) [式中、d=0.40±0.05(mm)、E1はピー
ク電圧を表す。]

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トナー摩擦するこ
とによりトナーに電荷を付与する電荷付与部材である、
いわゆるキャリア、該トナーおよびキャリアを少なくと
も含有する二成分現像剤、及び該現像剤を用いる画像形
成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電子写真方式による画像形成で
は、光導電性物質等の像担持体上に静電荷による潜像を
形成し、この静電潜像に対して、帯電したトナーを付着
させ可視像を形成している。トナーにより形成された可
視像は、最終的に紙等の転写媒体に転写後、熱、圧力や
溶剤気体等によって転写媒体に定着され、出力画像とな
る。これらの画像形成方法は、可視像化のためのトナー
を帯電させる方法により、トナーとキャリアの攪拌・混
合による摩擦帯電を用いる、いわゆる二成分現像方式
と、キャリアを用いずにトナーへの電荷付与を行う、い
わゆる一成分現像方式とに大別される。また、一成分現
像方式では、現像ローラーへのトナー粒子の保持に磁気
力を使用するか否かにより、磁性一成分現像方式、非磁
性一成分現像方式に分類される。これまで、高速性、画
像再現性を要求されるプリンター、複写機や複合機等で
は、トナー帯電の安定性や立ち上がり性、画像品質の長
期的安定性等の要求から、二成分現像方式が多く採用さ
れ、省スペース性、低コスト化等の要求が大きい、小型
プリンター、ファクシミリ等には、一成分現像方式が多
く採用されてきていた。特に昨今、出力画像のカラー化
が進み、画像の高画質化や画像品質の安定化に対する要
求は、これまでにも増して強くなっている。
【0003】これらカラー画像の高画質化に対応する為
に、特開平7−114223、特開平7−23454
8、特開平7−301958、特開平9−19772
0、特開平10−198076、特許第2995949
号、特許第3168377号等では、キャリアや現像剤
の電気特性を特定の範囲とする事により、カブリ、白抜
け、キャリア付着や粒状性等の画像品質の改善が図られ
ている。しかしながらこれらの提案では、いずれも、静
止または駆動させた、キャリアもしくは現像剤に直流電
圧を印加して、その電気抵抗を測定して有効な範囲を特
定したものであり、現像性能に多大な影響を与えるキャ
リアとトナーの摩擦による帯電現象や、最終画像品質に
多大な影響を与える現像時のキャリアからのトナーの剥
離挙動において、より重要な誘電的性質を表現しきれな
いため、必ずしもこれらの提案で規定された抵抗値であ
っても、十分な画像品質が得られるとは限らなかった。
【0004】例えば、特許第2995949号では、磁
気ブラシの形にした二成分現像剤の電気抵抗範囲を規定
しているが、その実施例においては、規定範囲内であっ
ても画像上に不具合が発生する場合や、規定範囲外であ
っても良好な画像となる事例が示されている。この事か
らも、直流電圧を印加した時の抵抗設定では、十分に良
好な画像品質を得られない場合があると言わざるを得な
い。また、特開平10−148972には、振幅2k
V、周波数2kHzの正弦交流電圧下でのインピーダン
スを特定値以上にし、この時の静電容量を特定範囲とす
る事により、画質が改善される事が示され、被覆材の剥
れ等に関わらずトナー帯電量を安定化するためにフェラ
イトキャリアコアの帯電付与能力が十分早く、かつ高い
必要がある事が、合わせて示されている。しかしなが
ら、この提案では、キャリアの長期使用によって被覆材
が磨耗する事によるキャリア静電容量の経時変化につい
ては抑制されるものではなく、このために長期使用によ
り発生する、エッジ効果に代表される不具合について
は、何ら改善させるものではなかった。また、該提案の
交流電圧によるインピーダンスは、キャリアをパッキン
グした状態にて加圧下で測定するため、現像領域での現
像剤磁気ブラシの状態におけるインピーダンスとは異な
り、上述の直流抵抗の場合と同様に、キャリア磁気ブラ
シや現像剤磁気ブラシの状態での誘電的な特性と対応す
るものではなく、必ずしも、パッキングした状態と異な
り現像剤バルク中に多くの空間が存在する摩擦帯電時
や、磁気ブラシが形成された現像時における、キャリア
特性と一致するものとは限らなかった。
【0005】また、キャリア抵抗を制御するための方法
として、マトリックス樹脂中に導電性微粉末を分散させ
る事(特許第2998633号、特開2000−103
50等)が良く知られ、これらにより初期的な抵抗はコ
ントロールし得るものの、長期使用による抵抗の経時変
化、例えば、コート層の磨耗や剥離による抵抗変動やト
ナー成分のキャリアへの固着による抵抗変動について抑
制されるものではなかった。
【0006】また、キャリア抵抗に着目した画像品質改
善のための他の方法が、特開2001−117285に
は、核体粒子の抵抗及びその形状指標(凹凸形状)を適
正化する事による試みもなされている。該提案による
と、核体粒子の凹凸形状の適正化は、キャリア被覆層を
不均一にし、核体抵抗の大きさによるキャリア抵抗制御
を行うために必須であり、これにより初期の画像品質の
改善効果が認められる事が示されている。しかしなが
ら、該キャリア表面には、核体粒子の凸部が露出または
これに近い状態で存在し、一方でキャリア被覆層がこれ
とは別に存在する事となる。この様なキャリアを、長期
にわたって使用した場合、前記の核体粒子凸部と被覆層
が摩擦する事によって、そのどちらかが選択的に磨耗す
る事があり、初期のキャリア抵抗または帯電性能を十分
に維持できない場合があった。また、キャリア抵抗を適
度に低くした上で、被覆層の帯電性能に関する耐久性を
向上させる方法が、特開平9−160304に提案さ
れ、該提案によると、キャリア被覆層の厚みより大きな
適正範囲を持った導電性粉末を含有する事によりキャリ
アの抵抗を上げる事無く、コート層が磨耗による減量に
耐え十分な帯電量を維持し得る樹脂コート層厚みを持た
せる事ができる事が示されている。しかしながら、この
様なキャリアでは初期に導電性粉末がキャリア表面に露
出しているため、この露出部へトナー成分が固着する事
により、初期の低いキャリア抵抗を維持できなくなる事
があり、経時においてエッジの立った画像となる場合が
あった。
【0007】また近年、環境影響への配慮から、主に一
成分現像方式で採用されているユニットのリサイクル、
リユースが実現されつつあるのと同時に、二成分現像方
式においても、更なる現像剤の高寿命化の要求が高まっ
てきている。一方、消費エネルギー低減の観点から、ト
ナー像を定着する際の温度への要望は更に低く成りつつ
あり、より低エネルギーで定着できる様にするため、ト
ナーはより低い温度で変形・固着し易いものになってき
ている。
【0008】二成分系現像剤の劣化の要因としては、
(1)キャリア表面の摩耗、(2)キャリア表面コート
層の剥離、(3)キャリアの破砕や、(4)トナー成分
のキャリア上への固着に伴う、帯電性能の低下、所望の
電気抵抗からの変移や、破片・摩耗粉といった異物の発
生が挙げられ、これらの要因が元となり、画像濃度の低
下や、地肌カブリの発生や、解像力の低下等といった画
像品質の劣化や、像担持体の物理的/電気的傷の発生等
の劣化を引き起こす。上述の様な課題を解消しキャリア
の耐久性を向上させる為に、これまでにもある程度の効
果を持った、多くの提案がなされてきている。このうち
キャリア、中でもコア材表面にコート層を設けた、いわ
ゆるコートキャリアのコート層に着目した提案として
は、特定のビスマレイミドを含有するポリイミドワニス
を硬化させた被覆層を形成し、環境安定性の向上、地肌
カブリの抑制、被覆層剥離の防止を図るもの(特開平8
−6308)、マトリックス樹脂中に樹脂粒子及び導電
性微粉末とを分散含有した樹脂被覆層を設け、トナーに
よるスペントを長期に防止するもの(特開平9−269
614)、酸化鉄粒子粉末と硬化したフェノール樹脂と
からなる球状複合体芯粒子の表面に硬化したアミノ基を
含むフェノール樹脂からなる被覆層を有すると共に酸化
鉄粒子含有率及びアミノ基含有率を規定することによ
り、安定した摩擦帯電と耐久性を得るもの(特開平9−
311504)、キャリア粒子被覆層のマトリックス樹
脂に樹脂微粒子及び導電性微粒子を分散し、かつ、マト
リックス樹脂がトナーの結着樹脂を構成する樹脂成分と
同じものを10%以上含有する事により、帯電性能に対
するトナースペントの影響を受けにくくするもの(特開
平10−198078)、ジオルガノシロキシ基を含有
する繰り返し基を有するポリイミド樹脂と、1分子中に
エポキシ基を2個以上含有する化合物よりなるコート層
を形成し、安定した帯電量のキャリア粒子を得るもの
(特開平10−239913)等が挙げられる。
【0009】しかしながら、上述の様な提案では、定着
温度が更に低くなりながら、これまで以上にキャリア粒
子の高寿命化が期待されている中で、未だ十分な効果が
保持できないことがあった。例えば、特開平8−630
8、特開平9−269614、特開平9−31150
4、特開平10−239913等では、マトリックス樹
脂が単独でキャリア粒子表面の大部分を占めるため、ト
ナー粒子成分の固着防止性の良否は、主としてマトリッ
クス樹脂の表面状態による事となり、十分なスペント防
止の機能が発現するとは限らない。また、定着温度を低
くし得るようなトナー粒子を用いると、特開平10−1
98078の様な方法では、キャリア表面のトナーの結
着樹脂成分と同じ成分の部分がトナー粒子成分固着の基
点となり易く、撹拌の初期から、トナー帯電量が低い不
安定な状態となる場合がある。また、比較的表面エネル
ギーが低いとされるシリコーン樹脂によりコート層を形
成した提案も、これまで数多くなされているが、これら
についても未だ十分な耐久性を得るには至っていない。
【0010】また他にも、特定の樹脂材料で被覆された
もの(特開昭58−108548)、更にその被覆層に
種々の添加剤を添加するもの(特開昭54−15504
8、特開昭57−40267、特開昭58−10854
9、特開昭59−166968、特公平1−1958
4、特開平6−202381)、更にキャリア表面に添
加剤を付着させたものを用いるもの(特許第31204
60号)などが開示されている。また、特開平8−63
07には、ベンゾグアナミン−n−ブチルアルコール−
ホルムアルデヒド共重合体を主成分としてキャリア被覆
材に用いる事が記載され、特許第2683624号に
は、メラミン樹脂とアクリル樹脂の架橋物をキャリア被
覆材として用いる事が記載されている。しかし、これら
の提案では、依然として耐久性が不充分である。
【0011】そこで、トナーのキャリア表面へのスペン
ト、それに伴う帯電量の不安定化、ならびに被覆樹脂の
削れによる抵抗変化を改善するために、特開2001−
117287、特開2001−117288や特開20
01−188388といった、熱可塑性樹脂をコート樹
脂に用いた提案や、これに結着樹脂膜厚より大きな粒子
を含有したコート膜を用いる提案もなされている。しか
しながら、これらの提案でも、本発明のキャリア交流抵
抗については、なんら示唆されず一層の高画質を維持す
るには未だ不充分であった。
【0012】また、キャリアコート層特性、特に帯電特
性を維持するための、他の方法として、コート層のマト
リックス樹脂中に特定の熱硬化性樹脂微粒子を分散させ
る(特開平9−319161)事が開示されているが、
この方法では、コート膜が磨耗した場合でも初期と同等
のコート層特性となる様にしたものであり、磨耗自体を
十分に少なくするには不充分であった。更に、この構成
に導電性微粉末を同時に分散させた前出の提案(特許第
2998633号)でも前述と同様の事由により、磨耗
自体を少なくするために充分であるとは言えなかった。
【0013】この様に、二成分現像剤において、トナー
粒子とキャリア粒子を撹拌して、剥離帯電/摩擦帯電さ
せ、トナー粒子に十分な電荷量を付与しつつ、機械的耐
久性を保持し、更にトナー粒子成分固着を長期に渡って
防止するという高機能な電子写真方式の現像剤用キャリ
ア粒子を得るためには、これまでのキャリア粒子では、
未だ不十分であり、良好な画像、中でもカラー画像を長
期にわたり安定して得る事は、非常に困難な課題として
残されていた。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の様な
現状の問題点に鑑みてなされたもので、良好な画像を得
るのに適したキャリアを提供する事を目的とする。また
本発明は、良好な画像を得る事ができる二成分現像剤を
提供する事を目的とする。また本発明は、キャリアの経
時変動が小さく、極めて長期にわたり特性が維持された
キャリアを提供する事を目的とする。また本発明は、経
時変動が小さく、極めて長期にわたり特性が維持された
二成分現像剤を提供する事を目的とする。また本発明
は、これらのキャリアまたは二成分現像剤を用い長期に
わたり良好な画像を得ることができる画像形成方法を提
供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、(1)
磁性コア材表面にコート層を設けた現像剤用キャリアに
おいて、該コート層が少なくとも樹脂及び粒子を含み、
該キャリア表面がコート層に含まれる粒子に由来する凹
凸を有し、かつ、ギャップd(mm)の平行平板電極間
に静止した磁場により空間占有率40%の該キャリアの
磁気ブラシを形成し、ブラシと略同一方向に下記条件式
(1)の交流電圧E1を周波数1000Hzで掛けた時
の電気抵抗R1が、1.0×105〜1.0×1011Ω
・cmであることを特徴とする現像剤用キャリア、 電圧E1(V)=250×d ・・・(1) [式中、d=0.40±0.05(mm)、E1はピー
ク電圧を表す。] (2)前記キャリア表面凹凸の平均高低差が0.1〜
2.0μmであることを特徴とする上記(1)に記載の
現像剤用キャリア、(3)前記粒子が絶縁性無機粒子で
あることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の現
像剤用キャリア、(4)前記該粒子が、少なくともアル
ミニウム元素及び/又はケイ素元素成分を構成単位とし
て含むことを特徴とする上記(1)〜(3)のいずれか
に記載の現像剤用キャリア、(5)前記粒子の含有量
が、コート膜組成成分の50〜95重量%であることを
特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の現像
剤用キャリア、(6)前記該樹脂が、少なくともアクリ
ル部分を構成単位として含有することを特徴とする上記
(1)〜(5)のいずれかに記載の現像剤用キャリア、
(7)前記樹脂が、アクリル樹脂とアミノ樹脂の架橋物
を含有することを特徴とする上記(1)〜(6)のいず
れかに記載の電子写真用キャリア、(8)前記樹脂が、
シリコーン部分を構成単位として含有することを特徴と
する上記(1)〜(7)のいずれかに記載の現像剤用キ
ャリア、(9)前記コート層が、該粒子の個数平均径よ
り小さな個数平均径を持つ導電性または半導性粒子を含
有することを特徴とする上記(1)〜(8)のいずれか
に記載の現像剤用キャリア、(10)前記粒子が半導性
または導電性粒子であり、前記樹脂の固有抵抗が該粒子
の固有抵抗より高いことを特徴とする上記(1)〜
(9)のいずれかに記載の現像剤用キャリア、(11)
前記粒子の含有量が、コート膜組成成分の30〜70重
量%であることを特徴とする上記(1)〜(10)のい
ずれかに記載の現像剤用キャリア、(12)前記樹脂
が、少なくともアクリル変性シリコーン部分を構成単位
として含有することを特徴とする上記(10)又は(1
1)に記載の現像剤用キャリア、(13)ギャップd
(mm)の平行平板電極間に空間占有率40%の該キャ
リアの磁気ブラシを形成し、ブラシと略同一方向に下記
条件式(2)の交流電圧E2を周波数1000Hzで掛
けた時の電気抵抗R2(Ω・cm)と、請求項1に記載
のR1との比、R1/R2が、1/50〜1/1である
ことを特徴とする上記(1)〜(12)のいずれかに記
載の現像剤用キャリア、 電圧E2(V)=62.5×d ・・・(2) [式中、d=0.40±0.05(mm)、E2はピー
ク電圧を表す。] (14)キャリアと、少なくとも結着樹脂及び着色剤を
含むトナーを混合してなる現像剤において、該キャリア
が、上記(1)〜(13)のいずれかに記載のキャリア
であることを特徴とする現像剤、(15)前記現像剤中
のトナーが、2〜12重量%であることを特徴とする上
記(14)に記載の現像剤、(16)前記トナーが離型
性物質を含有することを特徴とする上記(14)又は
(15)に記載の現像剤、(17)前記トナーが、前記
キャリアコート層に含まれる粒子と異組成の微粒子添加
剤の少なくとも1種含有することを特徴とする上記(1
4)〜(16)のいずれかに記載の現像剤、(18)前
記トナーの重量平均粒径が、4〜10μmであることを
特徴とする上記(14)〜(17)のいずれかに記載の
電子写真用現像剤、(19)現像剤のキャリアとトナー
を摩擦することによりトナーを帯電させ、少なくとも帯
電したトナーをトナー保持体上に保持し、トナー保持体
上のトナー保持量を規制し、次いでトナーにより像担持
体上に形成された静電潜像を現像する画像形成方法にお
いて、現像剤として上記(14)〜(18)のいずれか
に記載の現像剤を用いることを特徴とする画像形成方
法、(20)像担持体とトナー保持体の現像領域内にお
ける最近接部の間隔が規制手段により規制されたトナー
の層厚以下に押圧することを特徴とする上記(19)に
記載の画像形成方法、(21)現像剤を摩擦することに
よりトナーを帯電させ、帯電したトナーを含む現像剤を
保持する内部に磁界発生手段を有する回動可能な現像剤
保持体上に保持し、次いで像保持体上に形成された静電
潜像を現像する画像形成方法において、現像剤として上
記(14)〜(18)のいずれかに記載の現像剤を用い
ることを特徴とする画像形成方法、(22)像担持体と
現像剤保持体の現像領域内における最近接部の間隔を
0.30〜0.80mmに維持することを特徴とする上
記(21)に記載の画像形成方法、(23)前記トナー
保持体又は現像剤保持体として現像スリーブを用い、該
現像スリーブへ直流バイアス電圧を印加することを特徴
とする上記(19)〜(22)のいずれかに記載の画像
形成方法、(24)前記現像スリーブへ直流電圧に交流
電圧を重畳したバイアス電圧を印加する電圧印加機構を
有することを特徴とする上記(21)又は(22)に記
載の画像形成方法、(25)前記該摩擦帯電部近傍のキ
ャリアとトナーの比率を制御することを特徴とする上記
(19)〜(24)のいずれかに記載の画像形成方法が
提供される。(26)少なくとも像担持体をクリーニン
グし、クリーニングにより回収したトナーを現像部へ搬
送し、トナーリサイクルを行なうことを特徴とする上記
(19)〜(25)のいずれかに記載の画像形成方法、
が提供される。
【0016】
【発明の実施の形態】以下に、本発明について更に具体
的に詳しく説明する。本発明者らは、上記従来技術の問
題点を解決するために検討を続けてきた結果、磁性コア
材表面にコート層を設けた現像剤用キャリアにおいて、
該コート層が少なくとも樹脂及び粒子を含み、該キャリ
ア表面がコート層に含まれる粒子に由来する凹凸を有
し、かつ、ギャップd(mm)の平行平板電極間に空間
占有率40%の該キャリアの磁気ブラシを形成し、ブラ
シと略同一方向に下記条件式(1)の交流電圧E1を周
波数1000Hzで掛けた時の電気抵抗R1を、1.0
×105〜1.0×1011Ω・cmとする事で、画像品
質及びその安定性に対する改善効果が顕著である事がわ
かった。 電圧E1(V)=250×d・・・(1) [式中、d=0.40±0.05(mm)、E1はピー
ク電圧を表す。]
【0017】その作用については完全に明確ではない
が、およそ以下のように推察する事もできる。まず、本
発明のキャリアのコート層は、上述の様にコート層に含
まれる粒子に由来する凹凸を有しているため、その使用
の過程、すなわちトナーとキャリアの摩擦帯電過程等
で、トナー成分のキャリア表面への固着、いわゆるトナ
ースペントが発生したとしても、キャリア表面に形成し
た凸部によってトナースペント物質が掻き落とされ、ま
た、キャリア表面凹凸によるキャリア間のスペーサーと
しての作用によりコート層自身の磨耗は抑制されるた
め、結果として初期のキャリア特性を長期にわたり維持
できると考えられる。また、一般的に、画像品質は、ト
ナー帯電量や現像剤抵抗の変動によって左右される。こ
れらトナー帯電量や現像剤抵抗の変動は、キャリア特性
変化により、トナーの摩擦帯電過程や現像剤による現像
工程でのトナー濃度が変動する事が一要因となって引き
起こされる。
【0018】本発明のキャリアは、上述の様にキャリア
特性を安定して維持できるため現像剤中のトナー濃度変
動を十分に抑制する事ができ、また、本発明のキャリア
形態においては、交流抵抗を1.0×105〜1.0×
1011Ω・cmとする事により、極めて良好な画像品質
を安定して得る事ができる。また、キャリアコート層の
耐磨耗性や対スペント性をより確実なものとするには、
該キャリア表面凹凸の平均高低差を0.1〜2.0μm
とする事がより好ましく、0.2〜1.5μmである事
が一層好ましい。
【0019】また、該粒子としては絶縁性無機粒子を好
ましく用いる事ができる。該絶縁性無機粒子としては、
特に限定されるものではなく、酸化アルミニウム、酸化
ケイ素、炭酸カルシウム、タルク、クレイ、石英ガラ
ス、アルミノシリケートガラス、雲母片、酸化ジルコニ
ウム、ムライト、サイアロン、ステアタイト、フォルス
テライト、コーディエライト、酸化ベリリウム、窒化ケ
イ素といった公知の絶縁物の粉末粒子を使用する事がで
きるが、これらに限定されるものではない。中でも、絶
縁性無機粒子中に、少なくとも酸化アルミニウムや酸化
ケイ素に代表される、アルミニウム元素および/または
ケイ素元素成分を構成単位として含む事により、コート
層からの粒子の脱離を更に抑止する事ができ、初期のキ
ャリア抵抗の経時変動をより確実に抑止することができ
る。
【0020】また、キャリア表面に粒子に由来する凹凸
を確実に形成するためには、粒子の含有量が、コート膜
組成成分の50〜95重量%である事が好ましい。粒子
含有量がコート層組成成分の50重量%未満である場合
には、該キャリア表面に凹凸構造を形成できたとして
も、その構造がなだらかになりがちであるため、トナー
スペントの掻き取り効果を十分に発揮できない場合があ
る。一方、粒子含有量が、コート層組成成分の95重量
%を越えるような場合には、凹凸構造が脆くなる事があ
り、初期の凹凸構造を長期間にわたって維持できない場
合がある。粒子含有量は、55〜80重量%である事が
更に好ましい。
【0021】該キャリアのコート層を形成するための樹
脂としても、本発明で規定する表面構成をとれるもので
あれば、特に制限なく使用する事ができ、ポリオレフィ
ン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン等)やその変
性品、アクリル樹脂、スチレン、アクリロニトリル、ビ
ニルアセテート、ビニルアルコール、塩化ビニル、ビニ
ルカルバゾール、ビニルエーテル等を構成単位として含
む架橋性共重合物;オルガノシロキサン結合からなるシ
リコーン樹脂またはその変性品(例えばアルキッド樹
脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン等
による変性品);ポリアミド;ポリエステル;ポリウレ
タン;ポリカーボネート;ユリア樹脂;メラミン樹脂;
ベンゾグアナミン樹脂;エポキシ樹脂;ポリイミド樹脂
や、これらの誘導体等が挙げられる。中でも、上述の様
な絶縁性無機粒子を確実にキャリアコート層中に固定化
し、摩擦による無機粒子の脱離をより良く抑止するため
には、コート層の樹脂が、少なくともアクリル部分を構
成単位として含む事が好ましい。これにより、上記の無
機粒子の、摩擦による脱離を、極めて効果的に抑制で
き、長期にわたってキャリア表面の凹凸構造を維持し得
るものである。更に、該アクリル樹脂はガラス転移温度
(Tg)が20〜100℃である事が好ましく、25〜
80℃である事がより好ましい。樹脂のTgをこの範囲
とする事により、コート層樹脂は適度な弾性を持ち、現
像剤の摩擦帯電時にキャリアが受ける衝撃を軽減させる
と考えられ、コート層の破損が抑止される。
【0022】また、コート層樹脂を、アクリル樹脂とア
ミノ樹脂の架橋物とする事により、適度な弾性を維持し
たまま、アクリル樹脂単独使用の場合発生しがちな、樹
脂同士の融着、いわゆるブロッキングを、防止する事が
できるため、より一層好ましい。アミノ樹脂としては、
従来知られているアミノ樹脂を用いる事ができるが、中
でも、グアナミン、メラミンを用いる事で、キャリアの
帯電付与能力をも向上させる事ができるため、より好ま
しく用いられる。また、適度にキャリアの帯電付与能力
を制御する必要がある場合には、グアナミンおよび/ま
たはメラミンと、他のアミノ樹脂を併用しても差し支え
ない。
【0023】また更に、上述のコート層樹脂が、シリコ
ーン部分を構成単位として含む事により、キャリア表面
の表面エネルギー自体を低くする事ができ、トナースペ
ントの発生自体を抑制する事ができるため、キャリア特
性をより長期にわたって維持することができる。該シリ
コーン部分の構成単位としては、メチルトリシロキサン
単位、ジメチルジシロキサン単位、トリメチルシロキサ
ン単位の少なくとも一種を含む事が好ましく、該シリコ
ーン部分は、他のコート層樹脂と化学的に結合していて
も良く、ブレンド状態であっても良く、または、多層状
になっていても良い。また、多層状である場合には、シ
リコーン部分は少なくとも最表層に位置させる事が好ま
しい。ブレンドや多層状の構成とする場合には、シリコ
ーン樹脂および/またはその変性体を使用する事が好ま
しく、例えば、従来から知られているいずれのシリコー
ン樹脂のうち、三次元網目構造を取り得る熱硬化型シリ
コーン樹脂を使用でき、下記一般式(1)で示されるオ
ルガノシロキサン結合のみからなるストレートシリコー
ンおよびアルキド、ポリエステル、エポキシ、ウレタン
などで変性したシリコーン樹脂が挙げられる。
【化1】 〔上記式中、R1は水素原子、炭素原子1〜4のアルキ
ル基またはフェニル基、R2およびR3は水素基、炭素原
子数1〜4のアルコキシ基、フェニル基、フェノキシ
基、炭素原子数2〜4のアリケニル基、炭素原子数2〜
4のアルケニルオキシ基、ヒドロキシ基、カルボキシル
基、エチレンオキシド基、グリシジル基または下記一般
式(2)で示される基である。
【化2】 (上記式中、R4、R5はヒドロキシ基、カルボキシル
基、炭素原子数1〜4のアルキル基、炭素原子数1〜4
のアルコキシ基、炭素原子数2〜4のアルケニル基、炭
素原子数2〜4のアルケニルオキシ基、フェニル基、フ
ェノキシ基、k、l、m、n、o、pは1以上の整数を
示す。)〕 上記各置換基は未置換のもののほか、例えばヒドロキシ
基、カルボキシル基、アルキル基、フェニル基、ハロゲ
ン原子のような置換基を有してもよい。
【0024】また、該コート層には、上述の絶縁性無機
粒子に代表される、表面凹凸を形作る粒子の個数平均径
より小さな個数平均径を持つ導電性または半導性粒子を
含む事が好ましく、この様な導電性または半導性粒子を
コート層中に含有させる事により、表面凹凸形状を形成
する機能とキャリアの交流抵抗を制御する機能とを、独
立して制御する事ができるため、本発明の特徴である表
面凹凸によるキャリア特性維持と他の部位によるキャリ
ア交流抵抗値制御とを、同時に精度良く成す事ができ
る。導電性または半導性粒子としては、従来公知の物で
良く、導電性粒子の例としては、鉄、金、銅等の金属;
フェライト、マグネタイト等の酸化鉄;酸化ビスマス、
酸化モリブデン等の酸化物;ヨウ化銀、βアルミナ等の
イオン導電体;カーボンブラック等の顔料が挙げられ、
半導性粒子の例としては、チタン酸バリウム、チタン酸
ストロンチウム、チタン酸ランタン酸鉛等に代表される
複酸化物や、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズの酸素欠
陥形成物(フレンケル型半導体)、不純物型欠陥形成物
(ショトキー型半導体)が挙げられる。この中でも特に
カーボンブラックの一つであるファーネスブラックやア
セチレンブラックを用いることにより、少量の低抵抗微
粉末の添加で効果的に導電性の調整が可能であり、好ま
しく用いられる。これらの低抵抗微粉末は、キャリア表
面凹凸を形成するための粒子より小さくする必要がある
が、およそ個数平均径で0.01〜1μm程度のものが
好ましく、コート層樹脂100重量部に対して2〜30
重量部添加されることが好ましい。
【0025】また一方、凹凸を形成するための粒子を半
導性または導電性粒子とし、該コート層樹脂の固有抵抗
が該粒子の固有抵抗より高くする事も本発明の一形態と
して、好ましく用いられる。この時、該粒子は、単独で
コア材表面に接触しつつキャリア表面へ露出する事はし
ない方が好ましい。該粒子が単独露出状態で存在した場
合、前述従来技術の特開平9−160304にて説明を
加えた様に、長期間の使用によってキャリア抵抗が高い
方へ変動する事があるため、好ましくない。また、初期
のキャリア抵抗をより安定して制御するには、該粒子の
含有量は、コート膜組成成分の30〜70重量%である
事が好ましく、40〜65重量%である事が更に好まし
い。また更に、該粒子の脱離を抑制しつつトナースペン
トを長期にわたり抑制し、経時での抵抗変動を更に抑制
するためには、コート層樹脂が、少なくともアクリル変
性シリコーン部分を構成単位として含む事が好ましい。
【0026】本発明においては、前記の構成範囲のもの
である限り、他の材料を限定するものではなく、従来公
知のものが使用でき、例えば、キャリア粒子のコア材に
使用できる無機/金属の磁性粒子の例としては、鉄、コ
バルト、ニッケル等の金属;マグネタイト、ヘマタイ
ト、フェライトなどの合金や化合物等が挙げられるが、
これらに限定されるものではない。これら磁性粒子は、
単結晶/アモルファスの粒子、単独/複合の焼結体、単
独/複合の粒子を樹脂等の高分子中に分散させた粒子等
の、いずれのコア材形態で使用しても良い。また、磁性
粒子を高分子中に分散させた粒子で、キャリア粒子の磁
気特性と磁性粒子の分散性を両立させるには、これらの
磁性粒子は0.5〜10μm程度の大きさの粒子を含む
事が好ましい。磁性粉末を分散した樹脂粒子を用いる場
合の、キャリア粒子のコア材粒子を形成する樹脂として
は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリ
エチレン、クロロスルホン化ポリエチレン等のポリオレ
フィン系樹脂;ポリスチレン、アクリル系樹脂(例えば
ポリメチルメタクリレート)、ポリアクリロニトリル、
ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビ
ニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾ
ール、ポリビニルエーテル、ポリビリケトン等のポリビ
ニル及びポリビニリデン系樹脂;塩化ビニル−酢酸ビニ
ル共重合体;ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビ
ニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエ
チレン等の弗素樹脂;ポリアミド;ポリエステル;ポリ
ウレタン;ポリカーボネート等が挙げられるが、これら
に限定されるものではない。磁性体分散タイプのコア材
粒子には、これらの密着性を向上させたり、抵抗制御材
の分散性を向上させる目的でシランカップリング剤、チ
タンカップリング剤等のカップリング剤を助剤として添
加しても良い。
【0027】コート層の形成法としては、従来公知の方
法が使用でき、コア材粒子の表面にコート層形成液を噴
霧法、浸漬法等の手段で塗布すればよい。また、コート
層の厚さは0.01〜20μmが好ましく、0.3〜1
0μm程度であれば更に好ましい。更に、この様にして
コート層を形成したキャリア粒子を加熱することにより
コート層の重合反応を促進させることが好ましい。これ
らのキャリア粒子の加熱保持は、コート層形成後これに
引き続きコート装置内で行っても良く、また、コート層
形成後、通常の電気炉や焼成キルン等、別の加熱手段に
よって行っても良い。また、加熱保持温度は、使用する
コート層材料により異なるため、一概に決められるもの
ではないが、120〜350℃程度の温度が好ましく用
いられる。この時、加熱保持温度は、コート層樹脂の分
解温度以下の温度が好ましく用いられ、200℃程度ま
での上限温度である事がより好ましい。また加熱保持時
間としては、5〜120分間程度である事が好ましい。
【0028】また、ギャップd(mm)の平行平板電極
間に空間占有率40%の該キャリアの磁気ブラシを形成
し、ブラシと略同一方向に下記条件式(2)の交流電圧
E2を周波数1000Hzで掛けた時の電気抵抗R2
(Ω・cm)と、前述のR1の比、R1/R2を、1/
50〜1/1でとする事により、より幅広い現像条件に
対応する事ができ、出力環境の変化等の外乱に対しても
安定した品質の画像を得る事ができる。 電圧E2(V)=62.5×d・・・(2) 〔式中、d=0.40±0.05(mm)、E2はピー
ク電圧を表す。〕
【0029】また、キャリアと、少なくとも結着樹脂及
び着色剤を含むトナーを混合してなる電子写真方式の現
像剤において、該キャリアを、前記キャリアとする事に
より、本発明のキャリアの特徴である高画像品質化と長
寿命化を両立させた電子写真用現像剤を得る事ができ
る。この時、該現像剤重量中のトナー重量は、2〜12
重量%である事が好ましく、2.5〜10重量%である
事が更に好ましい。本発明に使用するトナーは、通常、
電子写真方式の現像剤用トナーとして使用されるもの
を、特に制限無く、使用することができる。例えば、該
トナーに使用される結着剤樹脂の一例としては、ポリス
チレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエン
等のスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン/p
−クロロスチレン共重合体、スチレン/プロピレン共重
合体、スチレン/ビニルトルエン共重合体、スチレン/
ビニルナフタレン共重合体、スチレン/アクリル酸メチ
ル共重合体、スチレン/アクリル酸エチル共重合体、ス
チレン/アクリル酸ブチル共重合体、スチレン/アクリ
ル酸オクチル共重合体、スチレン/メタクリル酸メチル
共重合体、スチレン/メタクリル酸エチル共重合体、ス
チレン/メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン/α−
クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン/アクリ
ロニトリル共重合体、スチレン/ビニルメチルケトン共
重合体、スチレン/ブタジエン共重合体、スチレン/イ
ソプレン共重合体、スチレン/マレイン酸共重合体等の
スチレン系共重合体;ポリアクリル酸メチル、ポリアク
リル酸ブチル、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリ
ル酸ブチル等のアクリル酸エステル系単重合体やその共
重合体;ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等のポリビニ
ル誘導体;ポリエステル系重合体、ポリウレタン系重合
体、ポリアミド系重合体、ポリイミド系重合体、ポリオ
ール系重合体、エポキシ系重合体、テルペン系重合体、
脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂な
どが挙げられ、単独あるいは混合して使用できるが特に
これらに限定するものではない。中でも、スチレン−ア
クリル系共重合樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオール
系樹脂より選ばれる少なくとも1種以上であることが、
電気特性、コスト面等から、より好ましいものである。
更には、良好な定着特性を有するものとして、ポリエス
テル系樹脂および/またはポリオール系樹脂の使用が、
一層好ましい。
【0030】また、該トナーに使用される着色剤として
は、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料
及び染料が使用でき、具体的には、カーボンブラック、
ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリ
ンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリ
ーン、ハンザイエローG、ローダミン6Cレーキ、カル
コオイルブルー、クロムイエロー、キナクリドンレッ
ド、ベンジジンイエロー、ローズベンガル等を単独ある
いは混合して用いる事ができる。更に、必要により、ト
ナー粒子自身に磁気特性を持たせるには、フェライト、
マグネタイト、マグヘマイト等の酸化鉄類、鉄、コバル
ト、ニッケル等の金属、あるいはこれらと他の金属との
合金等の磁性成分を単独または混合して、トナー粒子へ
含有させればよい。また、これらの成分は、着色剤成分
として使用/併用する事もできる。
【0031】また、本発明の現像剤に含まれるトナーは
離型性物質を含む事が好ましく、これにより定着オイル
を使用しないオイルレス定着を行いつつ、該キャリアの
効果により現像剤の長寿命化をも図られる。トナー中に
含ませる離型性物質としては、ポリエチレンワックス、
プロピレンワックス、カルナウバワックス等のワックス
類が好ましく用いられるが、これらに限定されるもので
はない。これらの使用量としては、用いる材料の種類や
定着の方法にもよるが、およそ0.5〜10.0重量%
程度の使用が好ましく、3.0〜8.0重量%程度の使
用が更に好ましい。
【0032】また、該現像剤に含まれるトナーは、該キ
ャリアコート層に含まれる粒子と異組成の微粒子添加剤
を、少なくとも1種含む事が好ましく、これにより、ト
ナーとキャリアの間の摩擦帯電性を安定して維持する事
ができる。この他のトナー流動性や環境依存性改良のた
めの添加剤としても、一般に公知のものが使用でき、例
えば、酸化亜鉛、酸化錫、酸化アルミニウム、酸化チタ
ン、酸化珪素、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリ
ウム、チタン酸カルシウム、ジルコン酸ストロンチウ
ム、ジルコン酸カルシウム、チタン酸ランタン、炭酸カ
ルシウム、炭酸マグネシウム、マイカ、ドロマイト等の
無機粉末や、これらの疎水化物が単独または混合して使
用できる。この他の添加剤として、ポリテトラフルオロ
エチレン、テトラフルオロエチレンヘキサフルオロプロ
ピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂
微粒子をトナー表面改質剤として使用しても良い。これ
らは、添加する材料の種類にもよるが、トナー母体粒子
100重量部に対して、およそ0.1〜10重量部程度
を外添し、必要であれば適当な混合機により混合してト
ナー粒子表面に付着、凝着或いは、トナー粒子間隙で遊
離した状態になるよう調整し、用いることができる。
【0033】この他、帯電の立ち上がりをより良くする
ための電荷制御剤としては、一般に知られているものが
使用でき、例えば、アミノ基含有ビニル系コポリマー、
四級アンモニウム塩化合物、ニグロシン染料、ポリアミ
ン樹脂、イミダゾール化合物、アジン系染料、トリフェ
ニルメタン系染料、グアニジン化合物、レーキ顔料等の
正帯電性電荷制御剤や、カルボン酸誘導体及びこの金属
塩、アルコキシレート、有機金属錯体、キレート化合物
等の負帯電性電荷制御剤を、単独または混合して、トナ
ー粒子中への混練物および/または添加物とすることが
できる。これら電荷制御剤を分散状態で用いる場合、キ
ャリア粒子表面との相互作用が略均等に生じるために
は、その分散径は、2.0μm以下であることが好まし
く、1.0μm以下であることが更に好ましいものであ
る。
【0034】本発明の現像剤中のトナー粒子製造方法と
しては、上述のような原材料を、二本ロール、二軸押出
し混練機、一軸押出し混練機等の、公知の方法で混練
し、これを機械式や気流式等の公知の粉砕、分級を行い
トナー母体粒子を作成する事ができる。また混練時に、
着色剤や磁性体の分散状態を制御するための分散剤等を
併用しても良い。更に、このトナー母体粒子は、前述の
添加剤を添加し、混合機等により混合・表面改質を行っ
ても良い。また、これらのトナー粒子の帯電電荷量は、
実使用プロセスにより異なるため一概に決定できるもの
ではないが、おおよそ、本発明の構成によるキャリア粒
子との組み合わせにおいて、絶対値で3〜40μC/g
程度の飽和電荷量である事が好ましく、更には5〜30
μC/g程度の飽和電荷量である事が、より好ましい。
また、トナー粒子の粒径としては、重量平均粒径D4=
4〜10μm程度であることが好ましく、トナー粒子の
個数基準10%径は、2.5μm以上である事が、より
安定した画質を得る為には好ましい。
【0035】更に、キャリアとトナーを摩擦する事によ
りトナーを帯電させる摩擦帯電手段、少なくとも帯電し
たトナーを保持するトナー保持体、トナー保持体上のト
ナー保持量を規制する規制手段、及び静電潜像を形成す
る像担持体を備えた画像形成装置において、キャリアが
上述のいずれかに記載のキャリアとする事により、高品
質の画像を長期にわたって得る事ができる。また、該画
像形成装置は、像担持体とトナー保持体の現像領域内に
おける最近接部の間隔が規制手段により規制されたトナ
ーの層厚以下とする押圧手段を有する画像形成装置であ
る事が現像の安定性を得るためには、より好ましい。
【0036】また、現像剤を摩擦する事によりトナーを
帯電させる摩擦帯電手段、帯電したトナーを含む現像剤
を保持する内部に磁界発生手段を有する回動可能な現像
剤保持体、及び静電潜像を形成する像担持体を備えた画
像形成装置において、現像剤が上述のいずれかに記載の
電子写真用現像剤とする事により、高品質の画像を長期
にわたって得る事ができる。また、該画像形成装置は、
像担持体と現像剤保持体の現像領域内における最近接部
の間隔が0.30〜0.80mmとする維持手段を有す
る画像形成装置である事が現像の安定性を得るために
は、より好ましい。
【0037】また、これらの画像形成装置では、現像ス
リーブである該トナー保持体または該現像剤保持体へ、
直流バイアス電圧を印加する電圧印加機構を有する事が
好ましく、中でも、該現像剤保持体が現像スリーブであ
る場合には、これに直流電圧に交流電圧を重畳したバイ
アス電圧を印加する電圧印加機構を有する事がより好ま
しい。また、該画像形成装置では、該摩擦帯電手段近傍
のキャリアとトナーの比率を制御する為の制御手段を備
えている事が好ましく、これによりトナー濃度をより安
定して保つ事ができ、キャリアや現像剤の更なる長寿命
化のためにはより好ましい。また、該画像形成装置は、
少なくとも像担持体をクリーニングするクリーニング機
構、クリーニング機構により回収したトナーを現像機構
へ搬送する回収トナー搬送機構よりなるトナーリサイク
ル機構を備える事により、上記の高品質画像を省資源で
得る事ができるため、更に好ましいものである。
【0038】以下に図を用いて、本発明の画像形成方法
およびそれに用いる画像形成装置について説明をする。
まず、図1は画像形成装置の一例の断面図である。ドラ
ム状の像担持体1の周囲に、像担持体帯電部材2、像露
光系3、現像機構4、転写機構5、クリーニング機構
6、除電ランプ7が配置されていて、以下の動作で画像
形成を行う。画像形成の一連のプロセスは、ネガ−ポジ
プロセスで説明を行う。有機光導電層を有する感光体
(OPC)に代表される像担持体1は除電ランプ7で除
電され、帯電チャージャーや帯電ローラーといった帯電
部材2で均一にマイナスに帯電され、レーザー光学系3
より照射されるレーザー光で潜像形成(露光部電位の絶
対値は、非露光部電位の絶対値より低電位となる)が行
われる。レーザー光は半導体レーザーから発せられて、
高速で回転する多角柱の多面鏡(ポリゴン)等により像
担持体1の表面を像担持体1の回転軸方向に走査する。
このようにして形成された潜像が、現像機構4にある現
像剤担持体である現像スリーブ41上に供給されたトナ
ー粒子または、トナー粒子及びキャリア粒子の混合物か
らなる現像剤により現像され、トナー可視像が形成され
る。潜像の現像時には、電圧印加機構(図示せず)から
現像スリーブ41に、像担持体1の露光部と非露光部の
間にある、適当な大きさの電圧またはこれに交流電圧を
重畳した現像バイアスが印加される。
【0039】一方、転写媒体(例えば紙)9が、給紙機
構(図示せず)から給送され、上下一対のレジストロー
ラー(図示せず)で画像先端と同期をとって像担持体1
と転写部材51との間に給送され、トナー像が転写され
る。このとき転写部材51には、転写バイアスとして、
トナー帯電の極性と逆極性の電位が印加される事が好ま
しい。その後転写媒体9は像担持体1より分離された
後、除電機構52により除電され、定着装置8を経て出
力画像として排出される。また、像担持体上に残存する
トナー粒子は、クリーニング部材61にて、クリーニン
グ機構6内のトナー回収室62へ回収される。回収され
たトナー粒子は、トナーリサイクル手段(図示せず)に
より現像部および/またはトナー補給部に搬送され、再
使用されても良い。
【0040】また図2は、画像形成装置の現像装置主要
部の概略構成図である。潜像担持体である感光体ドラム
1の側方に配設された現像機構4は、現像剤担持体とし
ての現像スリーブ41、現像剤収容部材42、規制部材
としてのドクターブレード43、支持ケース44等から
主に構成されている。感光体ドラム1側に開口を有する
支持ケース44には、内部にトナー10を収容するトナ
ー収容部としてのトナーホッパー45が接合されてい
る。トナーホッパー45に隣接した、トナー10とキャ
リア粒子とからなる現像剤11を収容する現像剤収容部
46には、トナー粒子10とキャリア粒子11を撹拌
し、トナー粒子に摩擦/剥離電荷を付与するための、現
像剤撹拌機構47が設けられている。トナーホッパー4
5の内部には、図示しない駆動手段によって回動される
トナー供給手段としてのトナーアジテータ48及びトナ
ー補給機構49が配設されている。トナーアジテータ4
8及びトナー補給機構49は、トナーホッパー45内の
トナー10を現像剤収容部46に向けて撹拌しながら送
り出す。感光体ドラム1とトナーホッパー45との間の
空間には、現像スリーブ41が配設されている。図示し
ない駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリ
ーブ41は、キャリア粒子による磁気ブラシを形成する
ために、その内部に現像機構4に対して相対位置不変に
配設された、磁界発生手段としての図示しない磁石を有
する。現像剤収容部材42の、支持ケース44に取り付
けられた側と対向する側には、規制部材(ドクターブレ
ード)43が一体的に取り付けられている。規制部材
(ドクターブレード)43は、その先端と現像スリーブ
41の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設さ
れている。
【0041】上記構成により、トナーホッパー45の内
部からトナーアジテータ48、トナー補給機構49によ
って送り出されたトナー10は、現像剤収容部46へ運
ばれ、現像剤撹拌機構47で撹拌されることによって、
所望の摩擦/剥離電荷が付与され、キャリア粒子と共に
現像剤11として(またはトナー粒子単独で)、現像ス
リーブ41に担持されて感光体ドラム1の外周面と対向
する位置まで搬送され、トナー10のみが感光体ドラム
1上に形成された静電潜像と静電的に結合することによ
り、感光体ドラム1上にトナー像が形成される。
【0042】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に
説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。また、ここで「部」は全て重量部を示す。
【0043】 実施例1 (キャリア製造例1) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 ストレートシリコーン樹脂(固形分=20%) 100部 ジブチルチンジアセテート 1部 アルミナ粒子(個数平均粒径=0.3μm) 80部 カーボンブラック 4部 トルエン 1000部 上記処方をホモミキサーで30分間分散してコート層形
成用の塗工液を調整した。これを重量平均粒径50μm
の球形フェライト粒子5000部の表面へ流動床型スプ
レーコート装置によりコート後、150℃/1時間加熱
してキャリア(C1)を得た。キャリア(C1)の表面
を、走査型電子顕微鏡で2000倍に拡大し観察したと
ころ、表面にアルミナ由来の凹凸が形成され、レーザー
顕微鏡を用いて非接触で測定したキャリア表面凹凸の平
均高低差は、0.4μmであった。次に、このキャリア
(C1)の交流抵抗を測定したところ、印加電圧E1の
時の抵抗R1は、2.7×109Ω・cmであり、印加
電圧E2の時の抵抗R2は、5.8×109Ω・cmで
あった。交流抵抗は、以下の手順(1〜5)で測定し
た。 1.キャリアサンプルの真比重ρ(g/cm3)をベッ
クマン式空気比重計にて測定した。 2.略水平に保った電極面積2cm2の下側電極上に、
キャリアサンプルを0.4×ρ×2×d/10(g)を
量りとる。 3.下側電極の下部(背面側)に、垂直方向に法線磁場
を形成する磁石を設置しキャリアの磁気ブラシを形成す
る。 4.下側電極と略平行とした上側電極(下側電極と同一
形状)を電極間距離dとなる様に設置する。 5.上下の電極を抵抗測定用ユニット6104−SOL
(東洋コーポレーション社製)に接続し、これに所定の
接続を行ったIMPEDANCE/GAIN−PHAS
E ANALYZER SI1260(solartr
on instruments製)、4050 HIG
H SPEED POWER AMPLIFIER(N
F回路ブロック社製)、428 CURRENT AM
PLIFIER(ケスレー社製)を用いて、電極間に1
000Hzの交流電圧を印加した時の磁気ブラシ抵抗を
測定し、これを固有抵抗(Ω・cm)に換算し、評価値
とした。
【0044】 (トナー製造例1) 部分架橋ポリエステル樹脂 79.5部 (ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加アルコール、 ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加アルコール、 テレフタル酸、トリメリット酸の縮合重合物) Mw=15000、ガラス転移点=61℃) カーボンブラック;三菱カーボン社製 #44 15部 ジ−tert−ブチルサリチル酸のジルコニウム塩 3部 カルナウバワックス;野田ワックス社製 5部 上記組成の混合物を、二本ロール混練機にて30分間混
練後、機械式粉砕機・気流式分級機により粉砕・分級条
件を調整し、トナー母体を得た。更に、トナー母体10
0部に対して、疎水性シリカ微粒子1部および疎水性酸
化チタン微粒子1部を加えて、ヘンシェルミキサーでト
ータル2分間混合しトナー(T1)を得た。トナー(T
1)の粒度分布をコールターカウンターTA2にて測定
したところ、重量平均径D4=6.2μm、累積個数分
布から算出した個数基準10%径=2.5μmであっ
た。
【0045】次に、キャリア(C1)920部とトナー
(T1)80部を、ターブラ−ミキサーにて2分間混合
し、二成分現像剤を得た。この現像剤を使用して、リコ
ー製複写機imagio MF−6550の改造機を用
い、A4版、画像面積率6%原稿30万枚の連続画像出
図試験を行い、初期及び連続出図後の文字画像、ハーフ
トーン画像及びベタ画像を出力し画質評価、現像剤の帯
電量評価および現像剤中キャリアの交流抵抗評価を行っ
た。画像出力時の像担持体上静電荷像は、地肌部=−7
00V、画像部=−200Vとした。また、現像スリー
ブには、直流の現像バイアス電位(−500V)を印加
した。
【0046】画質評価としては、文字部分の文字太りお
よび地肌カブリ、ハーフトーン画像のボソツキおよび階
調性、ベタ画像での画像濃度の安定性及び各画像でのそ
の他不具合の有無を評価した。初期、30万枚後共に良
好な画像品質が得られ、本発明のキャリアが、画像品
質、寿命の両面で有用であることが判った。なお、画像
濃度については、マクベス濃度計(RD−914)を用
いて計測し、その他の項目については、目視により評価
した。トナー帯電量の測定は、エレクトロメーター(6
10C;ケスレー社製)を用い、気流によりトナーとキ
ャリアを分離しつつ帯電電荷量を測定する、いわゆるブ
ローオフ法によって行った。また、現像剤中キャリアの
交流抵抗は、ブローオフにて現像剤よりトナーを取り除
いたキャリアを用い、初期のキャリア交流抵抗と同様の
方法で測定した。初期及び30万枚後の、各評価結果に
ついて、表1、表2に示す。
【0047】 実施例2 (キャリア製造例2) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 ストレートシリコーン樹脂(固形分=20%) 100部 ジブチルチンジアセテート 1部 アルミナ粒子(個数平均粒径=0.3μm) 100部 カーボンブラック 6部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用いた以外は
キャリア製造例1と同様にしてキャリア(C2)を得
た。キャリア(C2)を用いた以外は、実施例1と同様
にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2に
示す。
【0048】 実施例3 (キャリア製造例3) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 ストレートシリコーン樹脂(固形分=20%) 100部 ジブチルチンジアセテート 1部 アルミナ粒子(個数平均粒径=0.3μm) 50部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用いた以外は
キャリア製造例1と同様にしてキャリア(C3)を得
た。キャリア(C3)を用いた以外は、実施例1と同様
にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2に
示す。
【0049】 実施例4 (キャリア製造例4) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 80部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 アルミナ粒子(個数平均粒径=0.3μm) 80部 カーボンブラック 6部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用いた以外は
キャリア製造例1と同様にしてキャリア(C4)を得
た。キャリア(C4)を用いた以外は、実施例1と同様
にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2に
示す。
【0050】 実施例5 (キャリア製造例5) ジメチレンフェニルのビスアリルナジイミド付加物 60部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 シリカ粒子(個数平均粒径=0.4μm) 100部 カーボンブラック 4部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用い、加熱温
度を320℃とした以外はキャリア製造例1と同様にし
てキャリア(C5)を得た。キャリア(C5)を用いた
以外は、実施例1と同様にして、各評価結果を得た。評
価結果を、表1、表2に示す。
【0051】 実施例6 (キャリア製造例6) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 ストレートシリコーン樹脂(固形分=20%) 100部 ジブチルチンジアセテート 1部 アルミナ粒子(個数平均粒径=0.3μm) 30部 カーボンブラック 2部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用いた以外は
キャリア製造例1と同様にしてキャリア(C6)を得
た。キャリア(C6)を用いた以外は、実施例1と同様
にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2に
示す。
【0052】 実施例7 (キャリア製造例7) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 ストレートシリコーン樹脂(固形分=20%) 100部 ジブチルチンジアセテート 1部 硫酸バリウム粒子(個数平均粒径=0.4μm) 80部 カーボンブラック 4部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方とした以外はキ
ャリア製造例1と同様にしてキャリア(C7)を得た。
キャリア(C7)を用いた以外は、実施例1と同様にし
て、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2に示
す。
【0053】 実施例8 (キャリア製造例8) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 60部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 酸化ジルコニウム粒子(個数平均粒径=0.4μm) 20部 カーボンブラック 4部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用いた以外は
キャリア製造例1と同様にしてキャリア(C8)を得
た。キャリア(C8)を用いた以外は、実施例1と同様
にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2に
示す。
【0054】 実施例9 (キャリア製造例9) シリコーン変性アクリル樹脂溶液(固形分=20重量%) 120部 γ−(2アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン 2部 チタン酸バリウム粒子(個数平均粒径=0.3μm) 50部 トルエン 600部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用い、加熱温
度を180℃とした以外はキャリア製造例1と同様にし
てキャリア(C9)を得た。キャリア(C9)を用いた
以外は、実施例1と同様にして、各評価結果を得た。評
価結果を、表1、表2に示す。
【0055】 実施例10 (キャリア製造例10) ジメチレンフェニルのビスアリルナジイミド付加物 50部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 チタン酸バリウム粒子(個数平均粒径=0.3μm) 50部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用い、加熱温
度を320℃とした以外はキャリア製造例1と同様にし
てキャリア(C10)を得た。キャリア(C10)を用
いた以外は、実施例1と同様にして、各評価結果を得
た。評価結果を、表1、表2に示す。
【0056】 実施例11 (キャリア製造例11) ジメチレンフェニルのビスアリルナジイミド付加物 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 チタン酸バリウム粒子(個数平均粒径=0.3μm) 120部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用い、加熱温
度を320℃とした以外はキャリア製造例1と同様にし
てキャリア(C11)を得た。キャリア(C11)を用
いた以外は、実施例1と同様にして、各評価結果を得
た。評価結果を、表1、表2に示す。
【0057】実施例12、13 トナー製造例1の混錬物を、粉砕・分級条件を調節し
て、重量平均粒子径の異なるトナー母体を得た。これら
をトナー製造例1と同様の方法によって外添剤を混合
し、重量平均粒子径が11μm、3.8μmのトナー
(T2)、(T3)を得た。トナー(T2)、(T3)
を用いた以外は、実施例1と同様にして、各評価結果を
得た。評価結果を、表1、表2に示す。
【0058】実施例14 トナー添加剤として、疎水性シリカ微粒子1.5部のみ
を用いた以外は、トナー製造例1と同様にして、トナー
(T4)を得た。トナー(T4)を用いた以外は、実施
例5と同様にして、各評価結果を得た。評価結果を、表
1、表2に示す。
【0059】実施例15 二成分現像剤調整として、キャリア(C1)850部と
トナー(T1)150部を、ターブラ−ミキサーにて3
分間混合した以外は、実施例1と同様にして二成分現像
剤を得た。この現像剤を用いた以外は、実施例1と同様
にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2に
示す。
【0060】 比較例1 (キャリア製造例12) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 ストレートシリコーン樹脂(固形分=20%) 100部 ジブチルチンジアセテート 1部 アルミナ粒子(個数平均粒径=0.3μm) 80部 カーボンブラック 1部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用いた以外は
キャリア製造例1と同様にしてキャリア(C12)を得
た。キャリア(C12)を用いた以外は、実施例1と同
様にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2
に示す。
【0061】 比較例2 (キャリア製造例13) アクリル樹脂溶液(固形分=50重量%) 40部 グアナミン溶液(固形分=70重量%) 10部 ストレートシリコーン樹脂(固形分=20%) 100部 ジブチルチンジアセテート 1部 アルミナ粒子(個数平均粒径=0.3μm) 80部 カーボンブラック 8部 トルエン 1000部 コート層形成用の塗工液として上記処方を用いた以外は
キャリア製造例1と同様にしてキャリア(C13)を得
た。キャリア(C13)を用いた以外は、実施例1と同
様にして、各評価結果を得た。評価結果を、表1、表2
に示す。
【0062】実施例16 実施例1において、現像バイアスとして直流電圧に更に
ピーク間電圧1500V、周波数2000Hzの交流電
圧を重畳し、実施例1と同様の画像評価を行った。評価
結果を、表1、表2に示す。
【0063】実施例17 実施例1の現像部を改造し、実施例1の現像スリーブと
感光体の間にトナーのみを搬送する弾性ローラーよりな
る中間現像ローラーを設置し、かつ該中間現像ローラー
に接し、現像ニップの上流側にトナー層厚を規制するス
テンレス製の規制部材を設けた。この様に改造した現像
部を中間現像ローラーが感光体をわずかに押圧する様に
配置した。実施例1の現像スリーブにあたる現像剤搬送
ローラーおよび規制部材には、−700Vの直流電圧を
掛け、トナーを搬送する中間現像ローラー(実施例17
での現像スリーブ)には、−450Vの直流電圧を印加
して、実施例1と同様の画像評価を行った。評価結果
を、表1−1、表1−2に示す。
【0064】最後に、実施例1の現像剤について、引き
続き、100万枚連続画像出図試験を行ったところ、初
期画像と比較して全く遜色のない高精細・高解像度の画
像が得られた。
【0065】
【表1】
【0066】
【表2】
【0067】表1及び表2における性能評価基準を下記
に示す。 文字太りランク ◎:極めて優れる ○実用上問題無し △:許容レベル ×:使用不可 地肌カブリランク ◎:極めて優れる ○実用上問題無し △:許容レベル ×:使用不可 ボソツキランク ◎:極めて優れる ○実用上問題無し △:許容レベル ×:使用不可 階調性ランク ◎:極めて優れる ○実用上問題無し △:許容レベル ×:使用不可 尚、各性能評価において、△以上が実用上許容し得るレ
ベルである。
【0068】
【発明の効果】本発明によれば、実施例および比較例の
対比から明らかなように、キャリア交流抵抗が経時的に
安定し、キャリア抵抗の変動に伴う画像品質の変動や、
画像劣化の極めて少ない、安定した画像を得るに必要な
特質を持つと同時に、高精細・高解像度の高品質画像を
得るのに、有効な現像剤用キャリア及びそれを含有する
二成分現像剤並びにそれを用いる画像形成方法を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いる画像形成装置の一例の断面図で
ある。
【図2】図1に示す画像形成装置の現像装置主要部の概
略構成図である。
【符号の説明】
1:ドラム状の像担持体 2:像担持体帯電部材 3:像露光系 4:現像機構 41:現像スリーブ 42:現像剤収容部材 43:ドクターブレード 44:支持ケース 45:トナーホッパー 46:現像剤収容部 47:現像剤攪拌機構 48:トナーアジテータ 49:トナー補給機構 50:転写機構 51:転写部材 52:除電機構 6:クリーニング機構 61:クリーニング部材 62:トナー回収室 7:除電ランプ 8:定着装置 9:転写媒体 10:トナー 11:現像剤
───────────────────────────────────────────────────── 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 15/08 504 G03G 15/08 506A 506 15/09 A 507 9/10 351 15/09 15/08 507D 21/10 21/00 312 9/10 361 352 (72)発明者 近藤 富美雄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 鈴木 浩介 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 小池 孝幸 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 田村 智美 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 2H005 AA06 BA06 BA07 BA15 CA02 CA12 CA14 CA15 CA17 CA28 CB07 CB08 CB13 CB18 DA09 EA01 EA05 EA07 FA02 2H031 AC08 AC14 AC17 AC30 AC33 AD03 AD05 AD15 BA05 BA09 BB01 CA07 CA11 CA13 2H073 AA01 BA02 BA04 BA13 CA03 2H077 AA37 AC16 AD02 AD06 AD13 AD17 AD18 AD36 AE05 AE06 BA07 BA08 DB08 DB14 EA01 FA19 2H134 GA01 GB02 HD01 JA01 JA11 KG03 KG07 KG08 KH01

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性コア材表面にコート層を設けた現像
    剤用キャリアにおいて、該コート層が少なくとも樹脂及
    び粒子を含み、該キャリア表面がコート層に含まれる粒
    子に由来する凹凸を有し、かつ、ギャップd(mm)の
    平行平板電極間に静止した磁場により空間占有率40%
    の該キャリアの磁気ブラシを形成し、ブラシと略同一方
    向に下記条件式(1)の交流電圧E1を周波数1000
    Hzで掛けた時の電気抵抗R1が、1.0×105
    1.0×1011Ω・cmであることを特徴とする現像剤
    用キャリア。 電圧E1(V)=250×d ・・・(1) [式中、d=0.40±0.05(mm)、E1はピー
    ク電圧を表す。]
  2. 【請求項2】 前記キャリア表面凹凸の平均高低差が
    0.1〜2.0μmであることを特徴とする請求項1に
    記載の現像剤用キャリア。
  3. 【請求項3】 前記粒子が絶縁性無機粒子であることを
    特徴とする請求項1又は2に記載の現像剤用キャリア。
  4. 【請求項4】 前記該粒子が、少なくともアルミニウム
    元素及び/又はケイ素元素成分を構成単位として含むこ
    とを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の現像剤
    用キャリア。
  5. 【請求項5】 前記粒子の含有量が、コート膜組成成分
    の50〜95重量%であることを特徴とする請求項1〜
    4のいずれかに記載の現像剤用キャリア。
  6. 【請求項6】 前記該樹脂が、少なくともアクリル部分
    を構成単位として含有することを特徴とする請求項1〜
    5のいずれかに記載の現像剤用キャリア。
  7. 【請求項7】 前記樹脂が、アクリル樹脂とアミノ樹脂
    の架橋物を含有することを特徴とする請求項1〜6のい
    ずれかに記載の電子写真用キャリア。
  8. 【請求項8】 前記樹脂が、シリコーン部分を構成単位
    として含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれ
    かに記載の現像剤用キャリア。
  9. 【請求項9】 前記コート層が、該粒子の個数平均径よ
    り小さな個数平均径を持つ導電性または半導性粒子を含
    有することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載
    の現像剤用キャリア。
  10. 【請求項10】 前記粒子が半導性または導電性粒子で
    あり、前記樹脂の固有抵抗が該粒子の固有抵抗より高い
    ことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の現像
    剤用キャリア。
  11. 【請求項11】 前記粒子の含有量が、コート膜組成成
    分の30〜70重量%であることを特徴とする請求項1
    〜10のいずれかに記載の現像剤用キャリア。
  12. 【請求項12】 前記樹脂が、少なくともアクリル変性
    シリコーン部分を構成単位として含有することを特徴と
    する請求項10又は11に記載の現像剤用キャリア。
  13. 【請求項13】 ギャップd(mm)の平行平板電極間
    に空間占有率40%の該キャリアの磁気ブラシを形成
    し、ブラシと略同一方向に下記条件式(2)の交流電圧
    E2を周波数1000Hzで掛けた時の電気抵抗R2
    (Ω・cm)と、請求項1に記載のR1との比、R1/
    R2が、1/50〜1/1であることを特徴とする請求
    項1〜12のいずれかに記載の現像剤用キャリア。 電圧E2(V)=62.5×d ・・・(2) [式中、d=0.40±0.05(mm)、E2はピー
    ク電圧を表す。]
  14. 【請求項14】 キャリアと、少なくとも結着樹脂及び
    着色剤を含むトナーを混合してなる現像剤において、該
    キャリアが、請求項1〜13のいずれかに記載のキャリ
    アであることを特徴とする現像剤。
  15. 【請求項15】 前記現像剤中のトナーが、2〜12重
    量%であることを特徴とする請求項14に記載の現像
    剤。
  16. 【請求項16】 前記トナーが離型性物質を含有するこ
    とを特徴とする請求項14又は15に記載の現像剤。
  17. 【請求項17】 前記トナーが、前記キャリアコート層
    に含まれる粒子と異組成の微粒子添加剤の少なくとも1
    種含有することを特徴とする請求項14〜16のいずれ
    かに記載の現像剤。
  18. 【請求項18】 前記トナーの重量平均粒径が、4〜1
    0μmであることを特徴とする請求項14〜17のいず
    れかに記載の現像剤。
  19. 【請求項19】 現像剤のキャリアとトナーを摩擦する
    ことによりトナーを帯電させ、少なくとも帯電したトナ
    ーをトナー保持体上に保持し、トナー保持体上のトナー
    保持量を規制し、次いでトナーにより像担持体上に形成
    された静電潜像を現像する画像形成方法において、現像
    剤として請求項14〜18のいずれかに記載の現像剤を
    用いることを特徴とする画像形成方法。
  20. 【請求項20】 像担持体とトナー保持体の現像領域内
    における最近接部の間隔が規制手段により規制されたト
    ナーの層厚以下に押圧することを特徴とする請求項19
    に記載の画像形成方法。
  21. 【請求項21】 現像剤を摩擦することによりトナーを
    帯電させ、帯電したトナーを含む現像剤を保持する内部
    に磁界発生手段を有する回動可能な現像剤保持体上に保
    持し、次いで像保持体上に形成された静電潜像を現像す
    る画像形成方法において、現像剤として請求項14〜1
    8のいずれかに記載の現像剤を用いることを特徴とする
    画像形成方法。
  22. 【請求項22】 像担持体と現像剤保持体の現像領域内
    における最近接部の間隔を0.30〜0.80mmに維
    持することを特徴とする請求項21に記載の画像形成方
    法。
  23. 【請求項23】 前記トナー保持体又は現像剤保持体と
    して現像スリーブを用い、該現像スリーブへ直流バイア
    ス電圧を印加することを特徴とする請求項19〜22の
    いずれかに記載の画像形成方法。
  24. 【請求項24】 前記現像スリーブへ直流電圧に交流電
    圧を重畳したバイアス電圧を印加することを特徴とする
    請求項21又は22に記載の画像形成方法。
  25. 【請求項25】 前記該摩擦帯電部近傍のキャリアとト
    ナーの比率を制御することを特徴とする請求項19〜2
    4のいずれかに記載の画像形成方法。
  26. 【請求項26】 少なくとも像担持体をクリーニング
    し、クリーニングにより回収したトナーを現像部へ搬送
    し、トナーリサイクルを行なうことを特徴とする請求項
    19〜25のいずれかに記載の画像形成方法。
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