JP2769317B2 - 磁気ブラシ現像法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電子写真プロセスにおける磁気ブラシ現像
法に関するものであり、より詳細には長い耐刷性と高い
電荷保持性乃至安定性とを有するトナー像を電荷像支持
坦体上に形成することが可能な磁気ブラシ現像法に関す
る。 （従来の技術） 検電性トナーと磁性キャリヤとを混合して、該キャリ
ヤ表面に帯電トナー粒子を保持させ、この混合物の磁気
ブラシを電荷像支持坦体と摺擦させて、該坦体上にトナ
ー像を形成する磁気ブラシ現像法は、操作が比較的簡単
で且つ現像部もコンパクトなものとし得るため、商業的
な電子写真複写機に広く利用されている。 （発明が解決しようとする問題点） 検電性トナーを磁性キャリヤと混合すると、該トナー
は全体として一定極性の電荷を得るが、トナーの帯電量
には当然分布があり、帯電量の少ないトナー粒子では、
カブリやトナー飛散の原因となる。 また、二成分系現像剤を長期にわたって使用すると、
トナー中の樹脂分で磁性キャリヤ表面がコートされるこ
とによる所謂スペント・トナーの発生や、トナー中のカ
ーボンブラックが遊離することによる現像剤劣化の問題
があり、現像剤の長期間使用性、即ち耐刷性は未だ十分
に満足し得るものではない。 更に、二成分系磁性現像剤に使用されるトナーには、
現像及び転写の全期間にわたって、電荷を安定に保持す
る特性が要求され、これらの電荷保持性乃至安全性が不
十分であると、現像効率の低下及び転写効率の低下を招
くことになる。 従来、二成分系磁性現像剤に使用する検電性トナーに
ついては、トナー配合成分の検索や組成比の検討等につ
いては、多くの提案が認められるが、トナー全体として
の電気的性質面からのアプローチは殆んど行われていな
い。 従って、本発明は、定着用樹脂媒質中にカーボンブラ
ックを分散させた組成物から成る検電性トナーと、磁性
キャリヤとを含有する二成分系磁性現像剤の磁気ブラシ
を形成し、この磁気ブラシと電荷像支持坦体とを摺擦さ
せる磁気ブラシ現像法において、カブリが少なく、コン
トラストが大きく且つ現像効率及び転写効率に優れたト
ナー像を、長期にわたって安定に形成し得る磁気ブラシ
現像法を提供することを課題とする。 （問題点を解決するための手段） 本発明者は、上述した磁気ブラシ現像法において、ト
ナーして、100kHzの周波数を用いて測定して2.7乃至3.1
の誘電率と2.7×10^-3乃至4.5×10^-3の誘電正接（ta
n^δ）を有するトナーを使用し且つ正電荷像支持坦体と
現像スリーブとの間に該坦体の表面電位の15乃至60％の
バイアス電圧を印加して現像を行うことにより、上記課
題が達成されることを見出した。 （作用） 本発明に使用するトナーは、誘電率（ε）が2.7乃至
3.1の比較的大きい一定範囲にありながら、誘電正接（t
an^δ）が2.7×10^-3乃至4.5×10^-3の比較的小さい範囲に
抑制されていることが特徴である。 今、感光体層上の現像剤層に作用するシャイン（Sche
in）の電界モデルについて、現像時に現像剤に作用する
電界強度Ｅは、下記式 である。 L;感光層に接触している現像剤層の厚み、 ε_k；上記現像剤層の誘電率、 δ；現像剤層と感光層間のギャップ、 d_s；感光層の厚み、 ε_s；感光層の誘電率、 V_s；感光層の表面電位、 ε_c；現像剤中のキャリヤの誘電率、 φ_c；キャリヤの体積分率、 ε_t；現像剤中のトナーの誘電率、 φ_t；トナーの体積分率、 で表わされる。 次に、トナーは電界強度Ｅのもたらすクーロン力によ
り現像されていくが、潜像面上の電荷が全て中和される
までトナー付着が生じるわけではなく、現像剤層と付着
トナー層とのギャップの電圧V_gが下記式V_S；感光体電位、 V_T；付着トナー層電位、 V_l；トナー及びキャリヤによりリークする電位、 q;トナー１個の電位、 r;トナーの半径ｒ ε_O；真空の誘電率 で表わされる電位となった時に、トナーの付着は終了す
る。 また、トナー層の静電転写モデルについて、転写され
るトナー量ｍは、下記式 d_p；転写紙の厚み、 ε_p；転写紙の誘電率、 d_g；転写紙とトナー層との空隙、 V_a；転写電圧、 V_t；トナー層の電位、 σ_t；トナー層の電荷量、 V_i；現像に寄与しないで残っている潜像電位、 で表わされる。 トナーの帯電量は、初期帯電量をq_O,t秒後の帯電量を
ｑ、緩和時間をτとしたとき、下記式 ｑ＝q_Oe−t/τ …（５） で表わされる。ここで緩和時間τ（sec）は下記式 で表わされるように交流導電率（Ｋ）と誘電率（ε_t）
との関数である。本発明に用いるトナーは20msec以上
の、緩和時間を有することが望ましい。 トナーの有電率（ε_t）が大きいと、式（１）及び
（２）から現像時の電界強度が強調され、且つ式（３−
ｂ）から現像停止電位も小さくなり、現像されるトナー
量が増大し、画像濃度が向上することが明らかである。
また、トナーの誘電率（ε_t）が大である程、式（４）
からトナー転写量（ｍ）も増大することが明らかであ
る。 しかしながら、トナーの誘電率が大きくなると、分極
力が大きくなるため、感光体の誘電分極を引き起こし易
くなり、カブリを発生し易くなる。また、分極量が多い
と、帯電量の温度による変化割合が増すという不利益も
生ずる。 このように、トナーの誘電率（ε）には一定の制限が
存在し、本発明において2.7乃至3.1の範囲内に規定して
いるのはこの理由による。 本発明においては、用いるトナーの誘電正接（（tan
^δ）を、2.7×10^-3乃至4.5×10^-3の範囲内に維持するこ
とが、トナーの帯電電荷を現像及び転写時に適正な範囲
に維持し、且つ耐刷性等を向上させる上で重要であるこ
とがわかった。 トナーの誘電正接は、漏れ電流と充電電流との比に相
当するものと考えられる。漏れ電流は、トナーの帯電電
荷の漏洩と関連しており、一方充電電流はトナー帯電の
立上りと関連している。この誘電正接が上記範囲よりも
大きい場合には、トナーの帯電電荷が減少し、現像に際
してカブリを発生し易くなり、また感光層からの転写に
際しても転写効率も減少する傾向が認められる。一方、
tan^δの値が上記範囲よりも小さいと、トナーの帯電電
荷を大きくなりすぎる結果として、形成される画像濃度
が低下するようになる。 トナーの誘電率（ε_t）を増大させる手段として、ト
ナー中のカーボンブラックの配合量を増大させる手段が
あるが、この場合にはトナーのtan^δも増大させること
が認められる。トナーの誘電率（ε_t）を増大させなが
ら、しかもtan^δの値を小さくするには、トナー中のカ
ーボンブラックの分散状態を最良の状態に維持するのが
よい。カーボンブラックの最良の分散状態において、誘
電正接（tan^δ）が最小値を示す理由は、カーボンブラ
ックの微粒化分散状態では、カーボンブラック粒子と樹
脂連続相との接触界面が大となるのに対し、カーボンブ
ラックが粗粒で分散している状態では、カーボンブラッ
ク粒子相互の接触界面で大である反面、カーボンブラッ
ク粒子と樹脂との接触界面が小となっており、前者の場
合には、カーボンブラック粒子と樹脂との接触界面の増
大により、分散系の電気抵抗が増大しており、これが誘
電正接が最小となる理由と考えられる。 本発明に使用するトナーでは、樹脂中でのカーボンブ
ラック等の分散状態が均一な微粒化分散状態に維持され
ていることから、トナーの帯電量の分布が一定の狭い範
囲内に制御されており、優れた電荷保持性及び安定性が
得られる。また、上記微粒化分散状態にあることから、
トナー中のカーボンブラックが遊離飛散する傾向が少な
く、耐刷性にも優れている。 本発明においては、上述した誘電特性を有するトナー
を使用し、且つ正電荷像支持坦体と現像スリーブとの間
に、該坦体の表面電位の15乃至60％、特に15乃至25％の
バイアス電圧を印加して現像を行うことも重要な特徴で
ある。 坦体に印加されるバイアス電圧（V_B）は、それ自体周
知のように、トナーのカブリを防止するものであるが、
現像バイアス電圧（V_B）が低ければ、カブリの防止に効
果がなく、一方現像バイアス電圧（V_B）が高ければ、カ
ブリは防止される反面、画像部の電位コントラスト（V_S
−V_B）を十分に大きくすることができない。この電位コ
ントラストは、現像剤を通して流れる漏れ電流にも関連
しており、この漏洩電流が大きくなると、全体としての
電位コントラストは低下する。 本発明によれば、前述した誘電特性を有するトナーを
用いることにより、感光体の表面電位当りのバイアス電
圧を15乃至25％という低い範囲とする場合にもカブリを
完全に防止し且つ電位コントラストを十分に大きくとる
ことが可能となった。 （発明の作用効果） 本発明の現像方法によれば、以上述べた通り、カブリ
が少なく、コントラストが大きく且つ現像効率及び転写
効率に優れたトナー像を、長期にわたって安定に形成す
ることが可能となった。 （発明の好適実施態） トナー 本発明に使用するトナーは、定着用樹脂媒質中にカー
ボンブラックを分散させたタイプのもので、誘電率及び
誘電正接が上記範囲内にあるものであれば、任意の負帯
電性トナーが使用される。 トナーの誘電率に影響する因子としては、樹脂中の極
性基の大きさ及び数、カーボンブラックの導電性及びカ
ーボンブラックの配合量等があり、これらを大きくすれ
ば、誘電率も大となる。一方、トナーの誘電正接に及ぼ
す因子としては種々のものがあり、用いる樹脂の種類に
よっても相違するが、平均分子量が大となると、tan^δ
は小となり、極性基の濃度が高くなると大となり、また
不純物の含有量が大となると、大となる。更にカーボン
ブラックの配合量が大となると大となる。更にまた、既
に指摘した通り、カーボンブラックの分散状態が均一化
すると小となる。本発明においては、これらの諸要因を
調節することにより、誘電率及び誘電正接が上記範囲と
なるのである。 本発明に用いるトナー用の定着用樹脂媒質は、誘電的
特性や検電性の見地から、スチレン−アクリル系樹脂で
あることが好ましく、就中55乃至70℃のガラス転移温度
（T_g）と４乃至25の酸価とを有するスチレン−アクリル
系樹脂から成ることが最も好ましい。 この樹脂のT_gが上記範囲を越えると、定着性の点で問
題があり、また上記範囲よりも小さいと、tan^δが本発
明よりも大きくなる場合がある。酸価が上記範囲よりも
小さいと、負帯電性が不満足となることが多く、上記範
囲を越えると、tan^δが本発明範囲を越えることがあ
る。 本発明の共重合体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。 他方の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
は水素原子又は炭素数18迄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。 前述した特性を付与するために、定着用樹脂中には、
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。 カーボンブラックとしては、ファーネスブラック、チ
ャンネルブラック等の任意のカーボンブラックを用いる
ことができる。カーボンブラックは、定着用樹脂100重
量部当り4.5乃至11重量部、特に６乃至10重量部の量で
用いるのがよい。上記量比よりも少ない場合には、トナ
ーの誘電率を上記範囲とすることが困難となり、一方上
記範囲を越えると、tan^δが本発明範囲よりも大きくな
る場合がある。 このトナーには、公知の他の配合剤を、誘電特性に悪
影響を及ぼさない範囲内で配合でき、例えばシリコーン
オイル、低分子量オレフィン樹脂類、各種ワックス等を
離型性補助の目的で定着剤当り０乃至５重量％の量で用
いてもよい。 本発明に用いるトナーの製造は、これに限定されない
が、次の方法で有利に製造される。上述した各トナー成
分を、乾式で即ち樹脂の軟化点によりも低い温度で前混
合する。この前混合は、カーボンブラックの二次粒子構
造が破壊されるような摩砕混合機を用いて有利に実施さ
れる。摩砕混合機の適当な例は、ヘンシェルミキサー、
ボールミル、振動ミル、チューブミル等である。 前混合物を溶融混練し、この混練組成物を冷却した
後、これを粉砕し、必要により篩分けすることによりト
ナーが得られる。勿論、不定形粒子の角取りを行うため
に、機械的な急速攪拌を行っても特に差支えはない。 トナー粒子の粒度は、解像力等にも関連するが、一般
に５乃至35ミクロンの範囲にあることが望ましい。 二成分系現像剤 磁性キャリヤーとしては、不規則形状或いは球状の鉄
粉粒子や焼結フェライト粒子が使用され、その粒径は20
乃至140μｍ、特に30乃至90μｍの範囲にあるものがよ
い。 鉄粉キャリヤーの場合、その粒子表面には酸化鉄被覆
層が形成されたものや、樹脂被覆を施したものが有利に
使用される。 本発明に用いる焼結フェライト粒子はそれ自体公知の
組成のものであり、例えば酸化鉄亜鉛（ZnFe₂O₄）、酸
化鉄イツトリウム（Y₃Fe₅O₁₂）、酸化鉄カドミウム（Cd
Fe₂O₄）、酸化鉄ガドリニウム（Gd₃Fe₅O₁₂）、酸化鉄銅
（CuFe₂O₄）、酸化鉄鉛（PbFe₁₂O₁₉）、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（MgFe
₂O₄）、酸化鉄マンガン（MnFe₂O₄）、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焼結
フェライト粒子が使用される。好適なフェライトは、C
u,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種以上を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であ
る。特に好適なフェライトは、モル％でFe₂O₃35乃至70
％、CuO5乃至15％、ZnO5乃至35％及びMgO及び／又はMnO
0乃至40％から成るフェライトである。 磁性キャリヤとトナーとは、99:1乃至80:20、特に97:
3乃至90:10の重量比で混合して、正電荷像を現像するた
めの磁気ブラシの形成に用いる。 現像方法 本発明の磁気ブラシ現像法は、上述した制限を除け
ば、それ自体公知の手段で行われる。 例えば、感光体としては、正電荷像を形成し得る任意
の感光体、例えばセレン、非晶質シリコン、有機感光体
等が使用される。 磁気ブラシを形成するためのスリーブとしては、内部
に磁極を備えた非磁性材料製のスリーブが使用され、磁
気ブラシの搬送には、磁石固定−スリーブ回転型、磁石
回転−スリーブ固定型或いは磁石−スリーブ両回転型の
任意のものが使用される。 本発明を次の例で更に説明する。 （実施例） （ａ）トナー スチレン−アクリル樹脂…100重量部 カーボンブラック…………ｘ重量部 離型剤………………………1.8重量部 （ビスコール550P:三洋化成社製） 電荷制御剤…………………２重量部 （ボントロンＳ−34:オリエント化学社製） 以上のトナー材料処方を基に下記の種類の樹脂媒質
（表１）ならびにカーボンブラックを用いてトナー組成
物とし、この組成物をヘンシェルミキサで充分に混合し
て分散し、二軸押出機により熔融混練し、冷却後ロータ
リカットミルで2mm程度に粗粉砕し、その後ジェットミ
ルPJM−100（日本ニューチック社製）にて微粉砕し、さ
らに分級機で微粉側を除去して、中心粒径12μｍのトナ
ーサンプル（表２）とした。 （注）プリンテツクスＬ、プリンテツクス90はデグサ社
製 サンプル８のみ電荷制御としてスピロンブラツクTRH
（保土谷化学社製）を１重量部使用した。 このようにして得られたトナーサンプルの誘電正接
（tan^δ）、誘電率（ε）、緩和時間（τ）のトナー物
性測定結果と、これらトナーサンプルをさらにシリカと
アルミナ微粉をそれぞれトナーに対して0.13重量％、0.
07重量％で表面処理し、次いで、フエライトキヤリヤ
（中心粒径:80μｍ）：トナーを95:5の重量比の割合で
ボールミルにより混合して現像剤を得、これを複写機DC
−111（三田工業社製）で複写テストを行なつた結果を
表３に示す。この時の、複写機のドラム表面電位は＋70
0Vでバイアス電位は＋180Vであつた。 以上のように本発明であるトナー物性を満足するトナ
ーを用いて複写したときに満足な画像が得られた。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．定着用樹脂媒質中にカーボンブラックを分散させた
   組成物から成る負帯電性トナーと、磁性キャリヤとを含
   有する二成分系磁性現像剤の磁気ブラシを現像スリーブ
   上に形成し、この磁気ブラシと正電荷像支持担体とを摺
   擦させることから成る磁気ブラシ現像法において、 前記トナーとして、100kHzの周波数を用いて測定して2.
   7乃至3.1の誘電率と2.7×10^-3乃至4.5×10^-3の誘電正接
   （tanδ）を有するトナーを使用し且つ 正電荷像支持担体と現像スリーブとの間に該担体の表面
   電位の15乃至60％のバイアス電圧を印加して現像を行う
   ことを特徴とする磁気ブラシ現像法。 ２．トナーの定着用樹脂媒質が55乃至70℃のガラス転移
   温度と４乃至25の酸価とを有するスチレン−アクリル系
   樹脂から成る特許請求の範囲第１項記載の現像法。 ３．トナーが定着用樹脂媒質当り4.5乃至11重量％のカ
   ーボンブラックを含有するものである特許請求の範囲第
   １項記載の現像法。 ４．磁性キャリヤとトナーとが99:1乃至80:20の重量比
   で存在する特許請求の範囲第１項記載の現像法。